ES2713269T3 - Reactor para el tratamiento de un material en un medio de reacción fluido - Google Patents
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Abstract
Reactor para el tratamiento de un material en un medio, que incluye un cuerpo (2) en el que hay definida una zona de reacción (10) capaz de contener un medio de reacción, al menos una entrada para la introducción del medio de reacción en la zona de reacción, al menos una salida para la evacuación de efluentes fuera de la zona de reacción, caracterizado por que el reactor incluye: - una envoltura protectora (8) dispuesta en el interior del cuerpo (2) y que delimita la zona de reacción, estando espaciada la envoltura del cuerpo a fin de delimitar una zona de confinamiento (12) que aísla la zona de reacción del cuerpo, estando aisladas la zona de reacción y la zona de confinamiento entre sí de manera estanca, y en el que la zona de reacción (10) contiene un medio fluido presurizado, conteniendo la zona de confinamiento (12) un fluido de confinamiento en sobrepresión con respecto a la presión del fluido de la zona de reacción; - un dispositivo de medición (68) para medir un consumo de fluido de confinamiento (62) en caso de fallo de la estanqueidad de la envoltura protectora; - una capacidad de presurización (60) que contiene una cantidad de fluido de confinamiento (62), estando conectada la capacidad de presurización a la zona de confinamiento por un conducto (50) para permitir el suministro (45) de la zona de confinamiento con fluido de confinamiento; - un conducto para suministro de la zona de reacción con un medio fluido de reacción; - una bifurcación (62) que conecta el conducto de suministro de la zona de reacción a la capacidad de presurización (60) para aplicar al líquido de confinamiento la presión del medio fluido de reacción; - estando interpuesta una válvula de retención con caída de presión (66) entre la bifurcación y la zona de reacción para generar una diferencia de presión entre la presión del fluido de confinamiento en la capacidad de presurización y la presión del medio fluido de reacción en la zona de reacción; - un medio de medición (68) que mide un consumo del fluido de confinamiento contenido en la capacidad de presurización; - un intercambiador de calor (14) dispuesto en la zona de confinamiento (12) e integrado en un circuito primario de circulación de un fluido caloportador (100) a fin de realizar un intercambio de calor entre el fluido caloportador que circula en el intercambiador (14) y el medio de reacción contenido en la zona de reacción; - un tubo interno (15) colocado en el interior de la envoltura protectora (8) y conectado de manera estanca con un primer extremo al cuerpo (2) o a la envoltura protectora (8), determinando el volumen interior del tubo estanco una zona central (20), delimitando el tubo una zona anular (22) con la envoltura protectora, estando previsto un paso de comunicación entre la zona central del tubo y la zona anular en un segundo extremo (15a) del tubo; y - una turbina de agitación (24) que incluye álabes (32) que agitan el medio de reacción de la zona central y álabes (34) que agitan el medio de reacción de la zona anular.
Description
DESCRIPCION
Reactor para el tratamiento de un material en un medio de reaccion fluido
La invencion se refiere a un reactor para el tratamiento de un material en un medio, que incluye un cuerpo estanco en el que se define una zona de reaccion capaz de contener un medio de reaccion, al menos una entrada para la introduccion del medio de reaccion en la zona de reaccion, al menos una salida para la evacuacion de efluentes fuera de la zona de reaccion.
Asimismo se refiere a un procedimiento de detection de un defecto en la integridad de una envoltura protectora del reactor, que incluye un cuerpo, la envoltura protectora se aloja en el reactor y se espacia del cuerpo para delimitar una zona de reaccion capaz de contener un medio de reaccion y una zona de confinamiento que aisla de manera estanca la zona de reaccion del cuerpo.
En el campo de los procedimientos bajo presion para el tratamiento de materiales, en particular residuos, se identifican dos familias principales de procedimientos que utilizan agua como medio de reaccion: los procedimientos de oxidation por via humeda (OVH) y los procedimientos de oxidation hidrotermal (OHT). La OVH se caracteriza por condiciones de temperatura y presion inferiores a las condiciones criticas del agua. Se efectua, por lo tanto, en condiciones difasicas y conduce a cineticas de mineralization de uno o incluso dos ordenes de magnitudes mas largas que las obtenidas en OHT.
Los procedimientos de oxidacion hidrotermal (OHT) en agua supercritica utilizan las propiedades particulares del agua para una presion y una temperatura superiores a 221 bar y 374 °C y, en particular, su baja constante dielectrica que permite la solubilization de compuestos hidrofobos, su baja densidad y viscosidad que permiten la mezcla en cualquier proportion con compuestos gaseosos. El medio de reaccion obtenido permite una mezcla intima y homogenea entre los compuestos organicos y el oxigeno actua como combustible y comburente en la reaccion de mineralizacion, que luego puede iniciarse espontaneamente gracias a la temperatura del medio. Gases como O2, CO2, N2 son completamente solubles en agua, asi como muchos alcanos. Estas combustiones pueden tener lugar sin la limitation de transferencia de interfase que generalmente se observa a bajas temperaturas o a bajas presiones, como en los incineradores o los procedimientos de oxidacion por via humeda, y conducir a una mineralizacion total de la matriz organica en los tiempos de residencia inferiores a un minuto. Por ende, los procedimientos de OHT son particularmente adecuados para el tratamiento de residuos organicos que requieren una destruction total de su matriz organica.
La invencion se aplica tanto a los procedimientos de OVH como a los procedimientos de OHT que se denominara en su totalidad a los procedimientos de agua presurizada. Sin embargo, los procedimientos de OHT constituyen su aplicacion preferida. De hecho, las condiciones operativas a altas temperaturas y a altas presiones de OHT hacen que su implementation sea aun mas ventajosa.
Ya se conoce (documento FR-2814967) un procedimiento y un reactor de este tipo. El reactor incluye un cuerpo en el cual esta dispuesto un tubo interno que delimita externamente una zona anular con el cuerpo e internamente, una zona central denominada luz. El tubo interior incluye un primer extremo fijado a un primer extremo del cuerpo y un segundo extremo que deja un paso de comunicacion entre la zona anular y la zona central. De acuerdo con el procedimiento, los constituyentes del medio supercritico, a saber, el agua y un oxidante, son introducidos en las proximidades del primer extremo del reactor a una presion superior de 22,1 MPa. Se calientan a una temperatura superior a 374 °C en la zona anular y acto seguido se introducen en el tubo interior en el segundo extremo del reactor al mismo tiempo que el material a tratar. Una mezcla del fluido agua/oxidante a presion calentado y del material a tratar se oxida en una primera parte del tubo interior y luego se enfria en una segunda parte de este tubo. Un reactor de este tipo presenta, sin embargo, varios inconvenientes.
Los materiales de las camaras de reaccion de OHT deben resistir a la corrosion que se desarrolla bajo temperatura y presion. Los aceros inoxidables y las aleaciones niqueladas son materiales que permiten la production de piezas presurizadas en geometrias convencionales que pueden soportar simultaneamente temperaturas elevadas. Sin embargo, los aceros inoxidables son inadecuados en el caso de residuos salinos, acidos o basicos ya que la capa de pasivacion formada por el oxido o el hidroxido de cromo no es estable. El cloruro y el fosfato se muestran particularmente agresivos hacia el acero durante la transition critica que se encuentra en los intercambiadores presurizados de los procedimientos de OHT.
La capa de pasivacion formada por oxido de niquel (NiO) en el caso de aleaciones a base de niquel es mas estable siempre que el pH de la solution sea suficientemente neutro. Las velocidades de corrosion dependen de la naturaleza de las formas acidas en el medio de reaccion y se observa que estas aleaciones son mas sensibles a los acidos que pueden hacer que los productos de corrosion pasen mas facilmente. Las aleaciones a base de niquel son insuficientes para adaptarse al tratamiento de OHT de residuos con alta variabilidad de composition en acidos bases y sales.
Por otra parte, el procedimiento y el reactor no proporcionan ninguna filtracion para separar las sales precipitadas. Por otra parte ([1] y en la patente estadounidense n.° 5582 191 (Li et al.)) se conoce un procedimiento de filtracion frontal en el que una frita porosa es atravesada por el fluido a filtrar. En este procedimiento, la acumulacion de materias solidas frente al filtro esta limitada solo por la turbulencia resultante del caudal de inyeccion del fluido en el reactor. Esto resulta en una acumulacion de material en el filtro, lo que conduce a una disminucion de la eficacia de la filtracion.
Por ultimo, ninguno de los procedimientos anteriores proporciona una recuperacion eficaz y gestion de la energia termica liberada por la reaccion de OHT. El documento EP-A-0860182 describe un reactor de oxidacion.
La invention proporciona un reactor y un procedimiento para el tratamiento de un material en un medio de reaccion fluido que supera estos inconvenientes.
Estos objetivos se logran por el hecho de que el reactor de acuerdo con la revindication 1 incluye una envoltura protectora dispuesta en el interior del cuerpo y que delimita la zona de reaccion, la envoltura esta espaciada del cuerpo para delimitar una zona de confinamiento que aisla la zona de reaccion del cuerpo, la zona de reaccion y la zona de confinamiento estan aisladas entre si de manera estanca.
Gracias a esta caracteristica, el cuerpo del reactor se aisla del medio de reaccion. La zona de confinamiento contiene un fluido neutro con respecto al material que constituye el reactor. Por tanto, este ultimo puede estar fabricado de un acero que presenta exclusivamente propiedades de resistencia mecanica. Por ende, el reactor es menos costoso de producir.
La envoltura protectora sufre pocas tensiones mecanicas puesto que esta sometida esencialmente a la misma presion en cada una de sus caras. Por tanto, puede estar fabricada de un material que presente una buena resistencia a la corrosion pero una baja resistencia mecanica, por ejemplo al titanio. En condiciones oxidantes, este ultimo forma una capa de pasivacion de oxido de titanio que es estable en un amplio intervalo de pH. El titanio y sus aleaciones son resistentes a la corrosion por HCl en un intervalo de temperatura mas amplio que las aleaciones de aceros inoxidables y niquel y presentan ademas la ventaja de no liberar los toxicos Ni2+ y Cr6+ en el efluente.
La zona de reaccion contiene un medio fluido presurizado, la zona de confinamiento contiene un fluido de confinamiento en sobrepresion con respecto a la presion del fluido de la zona de reaccion, el reactor incluye ademas un dispositivo de medicion para medir un consumo de fluido de confinamiento en caso de ruptura de la estanqueidad de la envoltura protectora.
El reactor dispone de una capacidad de presurizacion que contiene una cantidad de fluido de confinamiento, estando conectada la capacidad de presurizacion a la zona de confinamiento por un conducto para permitir el suministro de la zona de confinamiento con fluido de confinamiento, un conducto de suministro de la zona de reaccion en un medio fluido de reaccion, una bifurcation que conecta el conducto de suministro de la zona de reaccion a la capacidad de presurizacion para poner el liquido de confinamiento bajo la presion del medio fluido de reaccion, una valvula de retention con una caida de presion interpuesta entre la bifucarcion y la zona de reaccion a fin de crear una diferencia de presion entre la presion del fluido de confinamiento en la capacidad de presurizacion y la presion del medio fluido de reaccion en la zona de reaccion, un medio de medicion que mide un consumo del fluido de confinamiento contenido en la capacidad de presurizacion.
Gracias a estas caracteristicas, es posible asi pues detectar un defecto en la integridad de la envoltura protectora al medir continuamente la diferencia de presion. En el caso de perforation de la envoltura protectora, el fluido que llena la capacidad de presurizacion se vacia progresivamente en la camara de reaccion y se reemplaza con aire presurizado en la capacidad de presurizacion. Una detection o una medicion de nivel en esta capacidad permite detectar la ruptura de la integridad de la barrera de protection y controlar la detention del procedimiento. En caso de perforacion, el gradiente de presion en ambos lados de la envoltura protectora confina los productos corrosivos en la zona central por una fuga entrante de fluido de presurizacion. El cuerpo del reactor nunca esta en contacto con productos que puedan alterar su integridad.
La invencion se aplica asi ventajosamente al tratamiento de efluentes organicos en la industria nuclear. De hecho, la envoltura protectora de la camara de reaccion confiere un grado adicional en el analisis de seguridad del procedimiento de OHT en comparacion con las instalaciones conocidas, especialmente el procedimiento y el reactor descritos en la patente FR 2814 967 mencionada anteriormente. En un reactor de este tipo, las reacciones y los compuestos que inducen la corrosion de la pared del cuerpo del reactor se encuentran alejados del mismo. El reactor de la invencion completa esta ventaja al ofrecer la posibilidad de un diagnostico de la integridad de esta barrera en funcionamiento y un confinamiento dinamico de los elementos potencialmente corrosivos en caso de perforacion de esta barrera.
El reactor incluye un intercambiador termico dispuesto en la zona de confinamiento e integrado a un circuitoun fluido caloportador con el fin de lograr un intercambio de calor entre el fluido caloportador que circula en el intercambiador
y el medio de reaccion contenido en la zona de reaccion.
El uso de la envoltura protectora en ambos lados de un fluido presurizado permite utilizar conductos de acero inoxidable para realizar el intercambiador termico ya que este ultimo esta sometido a una tension de compresion y no a una tension de traccion como el cuerpo del reactor. Por ende, las paredes del intercambiador pueden ser delgadas, como las de la envoltura protectora. La transferencia de calor entre el medio de reaccion y el fluido caloportador se mejora mucho en comparacion con una configuracion convencional en la que el intercambiador se coloca en la pared exterior del reactor.
En una realization ventajosa, el circuito primario de circulation del fluido caloportador integra un intercambiador secundario y/o una resistencia electrica controlada por extraction, respectivamente por el suministro de potencia termica de/en la zona de reaccion y la potencia termica extraida del circuito primario se recupera en forma de energia electrica, potencia calorifica o energia neumatica.
El reactor incluye un tubo interno colocado en el interior de la envoltura protectora y conectado de manera estanca a un primer extremo al cuerpo o a la envoltura protectora, el volumen interno del tubo estanco que determina una zona central, delimitando el tubo una zona anular con la envoltura protectora, estando previsto un paso de comunicacion entre la zona central del tubo y la zona anular en un segundo extremo del tubo, una turbina de agitation que incluye alabes que agitan el medio de reaccion de la zona central y alabes que agitan el medio de reaccion de la zona anular.
De acuerdo con el procedimiento de detection de un defecto en la integridad de la envoltura protectora del reactor: - el medio fluido de reaccion se introduce en la zona de reaccion;
- un fluido de confinamiento se introduce en la zona de confinamiento a partir de una capacidad de presurizacion; - el medio fluido de reaccion de la zona de reaccion y el fluido de confinamiento de la capacidad de presurizacion se presurizan estableciendo una sobrepresion en la zona de confinamiento con respecto a la zona de reaccion; - un consumo del fluido de confinamiento se mide con el fin de detectar una posible rotura de la envoltura protectora.
De acuerdo con otra caracteristica, el reactor de la invention incluye un filtro para separar el medio de reaccion en un permeado liberado de sus precipitados y una fraction retenida que concentra las sales y una turbina de agitacion que permite agitar el medio de reaccion para mantenerlo en un regimen hidraulico turbulento y evitar una acumulacion de fraccion retenida solida delante del filtro.
Ventajosamente, la turbina es accionada magneticamente y el filtro presenta la forma de un cilindro dispuesto coaxialmente con el tubo interior.
De manera complementaria o alternativa, el efluente pasa a traves de un intercambiador termico, por ejemplo, un serpentin, para estar en una relation de intercambio termico con el material a tratar.
Otras caracteristicas y ventajas de la invencion resultaran evidentes tras la lectura de la siguiente description de un ejemplo de realizacion dado a modo de ilustracion con referencia a las figuras anexas.
En estas figuras:
- la figura 1 es una vista transversal longitudinal de un reactor de acuerdo con la presente invencion;
- la figura 2 es una vista transversal a lo largo de la linea II-II de la figura 1,
- la figura 3 es una vista transversal del reactor de la figura 1 a lo largo de la linea MI-MI;
- la figura 4 es una vista transversal a lo largo de la linea IV-IV del reactor representado en la figura 1;
- la figura 5 es una vista transversal esquematica que ilustra la configuracion de la gestion termica de la zona de reaccion.
En las figuras, el reactor, designado por la referencia general 1, esta constituido de un cuerpo 2 de forma general cilmdrica del eje XX cerrado en su parte superior por un fondo y en su parte inferior por una cubierta 4.
El extremo inferior del reactor 1 se mantiene frio mediante una doble envoltura 6 en la que circula un fluido de enfriamiento, por ejemplo, agua. Esta disposition permite garantizar la estanqueidad a alta presion en frio entre el cuerpo 2 y la cubierta 4 mediante una empaquetadura de viton o de tipo metalico.
Una envoltura protectora 8 esta dispuesta en el interior del cuerpo 2 y espaciada del mismo para delimitar, internamente, una zona de reaccion 10 y, externamente, una zona de confinamiento 12 aisladas entre si de forma sellada.
La envoltura protectora 8 presenta una forma generalmente cilmdrica ciega en su extremo superior. Esta montada coaxialmente en el cuerpo 2 del reactor y esta dimensionada de modo que se puedan minimizar los juegos en el diametro y la longitud de la envoltura. Esta fabricada de un material no poroso pero resistente a la corrosion como el
titanio.
La fijacion de esta envoltura se puede realizar en la cubierta, como se representa en la figura 1, o en el cuerpo 2 del reactor. La estanqueidad entre la envoltura y el cuerpo y la cubierta se proporciona en frio mediante una empaquetadura de viton, por ejemplo.
La zona de reaccion se suministra en un medio fluido de reaccion mediante un conducto de suministro 45. Una capacidad de presurizacion 60 contiene una cantidad 62 de fluido de confinamiento. Esta conectada a la zona de confinamiento por un conducto 50 para permitir su suministro de fluido de confinamiento. Una bifurcacion 64 conecta el conducto de suministro 45 de la zona de reaccion a la capacidad de presurizacion 60 para poner el fluido de confinamiento 62 bajo la presion del medio fluido de reaccion. Se interpone una valvula de retencion con caida de presion 66 entre la bifurcacion 64 y la zona de reaccion a fin de crear una diferencia de presion entre la presion del fluido de confinamiento 62 en la capacidad de presurizacion 60 y la presion del medio fluido de reaccion en la zona de reaccion. Un medio de medicion 68 mide el consumo del fluido de confinamiento contenido en la capacidad de presurizacion.
Se proporciona un intercambiador de calor primario 14 en la zona anular 12. La circulacion de un fluido caloportador en este intercambiador permite el calentamiento o la extraccion de potencia termica de la zona de reaccion. Tambien permite controlar, es decir, limitar, los gradientes termicos a lo largo del reactor. El intercambiador 14 forma parte de un circuito primario 100 (vease la figura 5) que a su vez forma parte de un sistema de gestion y recuperacion de la energia termica de la zona de reaccion. La constitucion y el funcionamiento de estos sistemas se explicaran con mas detalle mas adelante con referencia a la figura 5.
El uso de la envoltura protectora 8 banada en ambos lados en un fluido presurizado permite utilizar tubos de acero inoxidable para producir el intercambiador de calor interno 14 que esta sometido a una tension de compresion y no de traccion como el material del reactor. Por lo tanto, las paredes del intercambiador pueden ser delgadas, al igual que las de la envoltura protectora, y la transferencia de calor entre el medio de reaccion y el fluido caloportador se mejora enormemente en comparacion con una configuracion mas convencional en la que el intercambiador se coloca en la pared externa del reactor.
Un tubo interno designado en su conjunto como 15, esta dispuesto coaxialmente en la zona de reaccion 10 con el eje XX del cuerpo. Incluye una parte inferior 16 de mayor diametro y una parte superior 18 de menor diametro. El tubo 15 incluye un extremo abierto 15a que proporciona un paso de comunicacion entre la zona central 20 y la zona anular 22.
Una turbina de agitacion 24, dispuesta en la zona de reaccion 10 incluye un eje 26 central del eje XX guiado en rotacion por un dispositivo de centrado 28 solidario con la envoltura protectora 8. La turbina gira, por ejemplo, por medio de un accionamiento magnético 30 montado en la cubierta 4. Incluye alabes 32 paralelos al eje 26 dispuestos en el tubo interior 18 y alabes 34, tambien paralelos al eje 26, dispuestos en la zona anular reactiva 22. Los alabes 32 de la zona central 20 y los alabes 34 de la zona anular 22 estan conectados por un acoplamiento 36.
Las transferencias de calor desde y hacia el intercambiador primario 14 se mejoran si el flujo de fluidos en la zona de reaccion anular 22 es turbulento. Este punto esta garantizado por la agitacion utilizando los alabes 34. Este dispositivo tambien garantiza la homogeneidad en la zona de reaccion, incluso en el caso de que los movimientos del fluido esten limitados en la direccion del flujo para aproximarse a una distribucion de tiempo de residencia similar a la que existe en un flujo de tipo piston. La turbina de agitacion 24 permite asi desacoplar la transferencia de calor del flujo del fluido del procedimiento.
La totalidad de los equipos internos en la zona de reaccion funcionan en una cuasi compensacion de la presion que permite retener materiales y geometrias sin tener que tener en cuenta los requisitos de resistencia mecanica a la presion. El tubo inyector de residuos, el inyector de oxidante y el intercambiador de salida estan fabricados de materiales resistentes a la corrosion de OHT, como el titanio y sus espesores se pueden minimizar para mejorar la transferencia termica de la que son el asiento.
Un dispositivo de filtracion cilindrico 40 se monta coaxialmente en el tubo interno de inyeccion 15 y mas precisamente, en la parte 18 de menor diametro de este tubo. El dispositivo de filtracion 40 se extiende hacia abajo por una virola 41 que tambien es coaxial con el eje XX del tubo de inyeccion 15 y que delimita un espacio anular 42 con el tubo 15.
Un tubo 43 enrollado en serpentin que forma un intercambiador de calor desemboca en un extremo en la zona anular 42 y en otro extremo 44 en el exterior del reactor 1.
Un conducto 45 para suministrar un oxidante, por ejemplo aire presurizado, pasa a traves de la cubierta 4 al nivel de la zona anular de reaccion 22. El conducto 45 se extiende, esencialmente paralelo al eje XX en toda la longitud del tubo interior 15 para presentar un extremo 46 que desemboca cerca del extremo superior 15a de este tubo.
Los residuos a tratar penetran bajo presion y en el caudal nominal a traves de un conducto que pasa a traves de la cubierta 4 para desembocar en el interior de la zona central de reaccion 20. Finalmente, un conducto 50 permite introducir un medio fluido presurizado, por ejemplo agua, en la zona de confinamiento 12. Ventajosamente, la zona de confinamiento esta en sobrepresion con respecto a la zona de reaccion, lo que hace posible detectar una ruptura de la estanqueidad de la envoltura protectora.
Un conducto 51 en la que esta montada una valvula de purga de fluido 52 se monta en la parte superior del cuerpo 2.
Finalmente, un conducto 54 pasa a traves de la cubierta en la zona de reaccion 52.
El procedimiento de tratamiento del material procede de la siguiente manera.
El material a tratar penetra en la zona central 20 a traves del conducto 48 con la presion nominal y el caudal nominal en forma completamente liquida, o en forma de una suspension acuosa que contiene particulas de material solido en suspension. El material a tratar se calienta circulando contracorriente del efluente fluido que circula en el intercambiador 43 dispuesto en la parte de mayor diametro 16 del tubo de inyeccion 15. El material a tratar luego recorre la parte de diametro mas pequeno 18 del tubo de inyeccion desde su extremo inferior hasta su extremo abierto 15a. Dado que el extremo 46 del tubo permite la inyeccion de un oxidante en la zona de reaccion 10 desemboca cerca del extremo 15a del tubo de inyeccion, toda la zona central 20 esta en condicion anoxica. Es posible optimizar la ubicacion del inyector de oxidante 46 y explotar una parte de la zona de reaccion en condiciones supercriticas pero en anoxia. Dependiendo de la posicion de la inyeccion de aire, los residuos contenidos en la zona de inyeccion central pueden mantenerse integralmente, parcialmente o en absoluto en condiciones anoxicas antes de que comience la combustion oxidante.
El oxidante puede introducirse en forma gaseosa (aire o aire enriquecido con oxigeno, ozono, etc.) o liquido (oxigeno liquido, peroxido de hidrogeno, etc.).
El material a tratar recorre a continuacion la zona anular de reaccion 22 de arriba a abajo hasta el filtro microporoso 40. El agitador con alabes rectos 24 permite garantizar condiciones de turbulencia, de modo que la filtracion se realiza en condiciones similares a la filtracion tangencial y no como una filtracion de tipo frontal, evitando la formacion de una torta, es decir una acumulacion de material solido delante del filtro. La formacion de esta torta es convencional en filtracion frontal. Reduce en gran medida la capacidad de filtrado del elemento. En el regimen turbulento deseado en el reactor de la invencion, se mantiene un flujo tangencial en el filtro para evitar esta acumulacion a fin de garantizar una eficacia de filtrado lo mas constante posible a lo largo del tiempo.
El sistema de recuperacion de energia de combustion esta constituido por un circuito primario 100 y por un circuito secundario 102. El circuito primario 100 incluye el intercambiador primario 14, ya descrito anteriormente, ubicado en el reactor 1. Ademas, incluye un intercambiador secundario 104 comun al circuito primario y al circuito secundario. Un circulador de alta temperatura 106 hace circular continuamente el fluido caloportador en el circuito primario. Opcionalmente, se monta un calentador electrico 108 en el circuito primario. El calentador electrico 108 se utiliza en la fase de arranque del reactor, antes de la introduccion de los residuos y la produccion de calor por la reaccion de OHT. Tambien se puede utilizar en la fase de explotacion como una alternativa a la adicion de un combustible para mantener la temperatura operativa en el reactor.
El circuito primario tambien incluye una capacidad de expansion 110 que hace posible mantener el fluido caloportador en el circuito primario a la presion del reactor.
El circuito secundario incluye, ademas del intercambiador secundario 104 ya mencionado, una turbina 112 que acciona un alternador-iniciador 114 y un compresor 116. Aguas abajo de la turbina 112, en la direccion de la circulacion del fluido secundario, se encuentra un intercambiador recuperador de calor 118 y un segundo intercambiador recuperador de calor 120. Un deposito de agua 122 se situa despues de los recuperadores de calor 118 y 120. A partir del deposito de agua, el fluido secundario en estado liquido se calienta en el recuperador de calor 118 en la que se vaporiza. Se comprime en el compresor 116 despues de pasar a traves de la valvula de retencion 124. Luego circula en el intercambiador secundario 104 en el que recupera el calor liberado por el circuito primario y, por consiguiente, por la reaccion de OHT. El vapor llevado a alta temperatura acciona la turbina 112, que permite producir electricidad utilizando el alternador 114. El vapor se enfria por primera vez en el recuperador de calor 118, a cambio de calor con el agua que proviene del deposito 122, y luego una segunda vez en el recuperador de calor 120 en el que el fluido secundario cede su calor residual que no se ha convertido en electricidad a una red de servicios de agua caliente (calefaccion o procedimiento) en la conexion 128 (circulador no representado).
Por ende, el circuito secundario explota el exceso de potencia termica en la forma de un generador de co conversion. En otras palabras, produce electricidad y calor con la particularidad de que la potencia termica no es proporcionada por una combustion en fase gaseosa, sino por la reaccion OHT. Este circuito se basa en un equipo de tipo turbogenerador en un ciclo de Brayton.
La invencion se aplica ventajosamente al tratamiento de efluentes organicos en la industria nuclear. De hecho, las restricciones planteadas por las autoridades de seguridad nuclear obligan a la miniaturizacion de los procedimientos de tratamiento de fluidos cargados con contaminantes radioactivos. La OHT ha demostrado su aplicabilidad en los efluentes organicos contaminados liquidos.
En el caso del tratamiento de efluentes altamente salinos, el procedimiento de filtracion en condicion supercritica de la invencion se aplica ventajosamente en la descontaminacion de efluentes acuosos u organicos por separacion fisica, con la produccion de un flujo minoritario que concentra la actividad y los elementos minerales.
Referencia
[1] Goemans M.G.E., Li., Gloyna E.F., Separation of inorganics salts from supercritical water by cross-flow micro filtration, Sep. Sci. Tech. 30(7-9), pags. 1491-1509, 1995.
Claims (7)
1. Reactor para el tratamiento de un material en un medio, que incluye un cuerpo (2) en el que hay definida una zona de reaccion (10) capaz de contener un medio de reaccion, al menos una entrada para la introduccion del medio de reaccion en la zona de reaccion, al menos una salida para la evacuacion de efluentes fuera de la zona de reaccion, caracterizado por que el reactor incluye:
- una envoltura protectora (8) dispuesta en el interior del cuerpo (2) y que delimita la zona de reaccion, estando espaciada la envoltura del cuerpo a fin de delimitar una zona de confinamiento (12) que aisla la zona de reaccion del cuerpo, estando aisladas la zona de reaccion y la zona de confinamiento entre si de manera estanca, y en el que la zona de reaccion (10) contiene un medio fluido presurizado, conteniendo la zona de confinamiento (12) un fluido de confinamiento en sobrepresion con respecto a la presion del fluido de la zona de reaccion;
- un dispositivo de medicion (68) para medir un consumo de fluido de confinamiento (62) en caso de fallo de la estanqueidad de la envoltura protectora;
- una capacidad de presurizacion (60) que contiene una cantidad de fluido de confinamiento (62), estando conectada la capacidad de presurizacion a la zona de confinamiento por un conducto (50) para permitir el suministro (45) de la zona de confinamiento con fluido de confinamiento;
- un conducto para suministro de la zona de reaccion con un medio fluido de reaccion;
- una bifurcacion (62) que conecta el conducto de suministro de la zona de reaccion a la capacidad de presurizacion (60) para aplicar al liquido de confinamiento la presion del medio fluido de reaccion;
- estando interpuesta una valvula de retencion con caida de presion (66) entre la bifurcacion y la zona de reaccion para generar una diferencia de presion entre la presion del fluido de confinamiento en la capacidad de presurizacion y la presion del medio fluido de reaccion en la zona de reaccion;
- un medio de medicion (68) que mide un consumo del fluido de confinamiento contenido en la capacidad de presurizacion;
- un intercambiador de calor (14) dispuesto en la zona de confinamiento (12) e integrado en un circuito primario de circulacion de un fluido caloportador (100) a fin de realizar un intercambio de calor entre el fluido caloportador que circula en el intercambiador (14) y el medio de reaccion contenido en la zona de reaccion;
- un tubo interno (15) colocado en el interior de la envoltura protectora (8) y conectado de manera estanca con un primer extremo al cuerpo (2) o a la envoltura protectora (8), determinando el volumen interior del tubo estanco una zona central (20), delimitando el tubo una zona anular (22) con la envoltura protectora, estando previsto un paso de comunicacion entre la zona central del tubo y la zona anular en un segundo extremo (15a) del tubo; y - una turbina de agitacion (24) que incluye alabes (32) que agitan el medio de reaccion de la zona central y alabes (34) que agitan el medio de reaccion de la zona anular.
2. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el circuito primario de circulacion del fluido caloportador (100) integra un intercambiador secundario (104) y/o una resistencia electrica (108) controlados para la extraccion o para el suministro, respectivamente, de potencia termica de/a la zona de reaccion.
3. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por que la potencia termica extraida del circuito primario (100) se utiliza como energia electrica, potencia calefactora o energia neumatica.
4. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la turbina incluye un eje (26) montado de forma giratoria en el cuerpo y/o en la envoltura protectora, portando el eje alabes internos (32) situados en la zona central (20) del tubo interno y/o alabes externos (34) situados en la zona anular (22).
5. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que incluye un filtro (40), para separar el medio de reaccion en un permeado desprovisto de sus precipitados y una fraccion retenida que concentra las sales, y una turbina de agitacion (24) que permite agitar el medio de reaccion con el fin de mantenerlo en un regimen hidraulico turbulento y evitar una acumulacion de fraccion retenida solida en frente del filtro.
6. Reactor de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que el filtro (40) presenta la forma de un cilindro dispuesto coaxialmente con el tubo interno (13).
7. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que incluye una salida para un efluente liquido/gas, atravesando el efluente un intercambiador de calor (43), por ejemplo, un serpentin, de manera que esta en una relacion de intercambio termico con el material a tratar.
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