ES2897750T3 - Procedimiento y dispositivo para la carbonización hidrotermal con mezcla optimizada de lodo y vapor - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la carbonización hidrotermal con mezcla optimizada de lodo y vapor Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la carbonización hidrotermal continua de lodos que contienen materia orgánica, donde dichos lodos presentan una sequedad comprendida entre el 10 y el 30% en peso de materia seca, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de reacción hidrotermal implementada en un reactor (4),comprendiendo la etapa de reacción hidrotermal las siguientes etapas: - una etapa de inyección de lodos en la cual se inyectan los lodos en el reactor (4) a través de una primera entrada (11), - una etapa de inyección de vapor en la que cual se inyecta vapor en el reactor (4) a través de una segunda entrada (15), siendo la segunda entrada (15) distinta de la primera entrada (11), - una etapa de puesta en circulación en la cual se hace circular dentro del reactor (4) una mezcla compuesta por los lodos y el vapor inyectado en el reactor (4), - una etapa de extracción continua de al menos una parte de la mezcla contenida en el reactor (4) a través de una salida de lodos (16), donde, durante la etapa de inyección de vapor, el vapor se inyecta a contracorriente de la mezcla que circula en el reactor (4), donde el procedimiento se caracteriza porque comprende además una etapa de calentamiento de agua en la cual el calor contenido en los lodos extraídos del reactor (4) se transfiere a agua a través de un intercambiador de calor (6), y donde el agua así calentada se utiliza para producir el vapor utilizado en la etapa de inyección de vapor comprendiendo el procedimiento además una etapa de precalentamiento en la cual la temperatura de los lodos se eleva hasta una temperatura de precalentamiento antes de su inyección en el reactor (4), mediante la inyección de vapor en los lodos.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para la carbonización hidrotermal con mezcla optimizada de lodo y vapor
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento y dispositivo de carbonización hidrotermal.
El campo de la invención es más particularmente, pero de forma no limitativa, el del tratamiento de lodos altamente cargados de materias orgánicas, procedentes, por ejemplo, de procedimientos de descontaminación de aguas residuales urbanas o industriales, o de operaciones de limpieza de redes. Este tipo de tratamiento tiene como objetivo reducir el volumen de los lodos, estabilizarlos desde el aspecto biológico y desde el aspecto fisicoquímico y producir subproductos valorizables.
La invención se refiere más particularmente al campo del procedimiento y dispositivo para la carbonización hidrotermal continua de lodos que contienen materia orgánica.
Estado de la técnica
El estado de la técnica ha desarrollado dos familias de tratamientos:
- la hidrólisis térmica,
- la carbonización hidrotermal.
La técnica de hidrólisis térmica de lodos fue puesta a punto por Porteous a principios del siglo XX. Esta técnica implementa reactores sometidos a presión que funcionan en secuencia. Típicamente, los lodos se bombean en un primer reactor donde el vapor producido por una caldera se inyecta hasta obtener una temperatura de unos 180°C para una presión de 1,5 MPa al interior del primer reactor, la temperatura es entonces mantenida durante 30 minutos y luego los lodos son evacuados bajo su propia presión a través de un intercambiador térmico. Este intercambiador térmico se utiliza para recuperar el calor contenido en los lodos que salen del primer reactor y para calentar los lodos antes de que entren en un segundo reactor. Desde entonces han ocurrido numerosos desarrollos y mejoras para aumentar la productividad y garantizar un funcionamiento continuo. Los lodos hidrolizados, es decir, que han sido sometidos a este tratamiento en un reactor, se someten a continuación a tratamientos biológicos, por ejemplo, de digestión anaeróbica para reducir las cantidades de lodos produciendo biogás.
La técnica de carbonización hidrotermal (HTC) es similar a la hidrólisis térmica, pero no tiene como objetivo preparar los lodos para su digestión, sino convertirlos en bio-carbón neutro en carbono (carboneutre) de alta calidad, empleando un calor y una presión generalmente más elevados que en la hidrólisis térmica, y asegurando un tiempo de estancia de los lodos más largo que en la hidrólisis térmica (varias horas) y generalmente en presencia de un reactivo.
La técnica HTC también permite producir bio-carbón, un producto similar al humus, que puede utilizarse para abonar los suelos agrícolas y almacenar CO2. La técnica de carbonización hidrotermal fue descrita en 1913 por Friedrich Bergius, por lo que se le concedió el Premio Nobel de Química en 1931.
En el estado de la técnica se conoce la patente FR3010403 que describe un procedimiento y un dispositivo para la hidrólisis térmica de lodos que contienen materia orgánica, dicho procedimiento comprende etapas que consisten en:
- realizar simultáneamente una inyección de vapor de recuperación en dichos lodos y una mezcla de dichos lodos con dicho vapor de recuperación mediante un inyector-mezclador dinámico primario para obtener una mezcla uniforme primaria;
- realizar simultáneamente una inyección de vapor vivo en dicha mezcla uniforme primaria y una mezcla de dicha mezcla uniforme primaria con dicho vapor vivo mediante un inyector-mezclador dinámico secundario para obtener una mezcla uniforme secundaria;
- transportar dicha mezcla uniforme secundaria hacia un reactor tubular sometido a presión y provocar el flujo esencialmente en flujo pistón (flux pistón) de esta mezcla uniforme secundaria en dicho reactor tubular según un tiempo de estancia suficiente y a una temperatura suficiente para permitir una hidrólisis térmica de la materia orgánica presente en esta mezcla uniforme secundaria;
- producir dicho vapor de recuperación en el seno de medios de producción de vapor de recuperación a partir de dicha mezcla uniforme secundaria obtenida a la salida de dicho reactor tubular;
- enfriar dicha mezcla uniforme secundaria a su salida de dichos medios de producción de vapor de recuperación a una temperatura que permita una digestión posterior de la materia orgánica hidrolizada que contiene.
La patente US8673112 también describe un procedimiento para la hidrólisis térmica que consiste en:
I. traer biomasa (en particular lodos) de manera aproximadamente continua para que se someta a una primera etapa de precalentamiento y precalentarla,
II. conducir secuencialmente la biomasa precalentada dentro de al menos dos reactores,
III. calentar y presurizar un reactor mediante la adición de vapor,
IV. mantener los reactores a una cierta temperatura y presión durante un cierto tiempo,
V. traer la biomasa calentada y sometida a presión procedente de los reactores en un primer tanque de descompresión sin ninguna reducción sustancial de la presión y descompresión rápida de la biomasa, por medio de una boquilla, para desintegrarla,
VI. transferir la biomasa desde el primer tanque de descompresión a un segundo tanque de descompresión cuya presión es inferior a la presión del primer tanque de descompresión,
VII. y llevar la biomasa así tratada a una instalación posterior para su posterior procesamiento.
Esta patente US8673112 también se refiere a un dispositivo para el tratamiento térmico de la biomasa.
La solicitud de patente internacional WO2014135734 describe un procedimiento que funciona en continuo para la hidrólisis térmica de materia orgánica, que comprende una etapa de precalentamiento, una etapa de reacción posterior y una etapa de despresurización. La etapa de precalentamiento comprende una recirculación de la materia orgánica a hidrolizar en un primer circuito de recirculación; la etapa de reacción comprende una recirculación en un segundo circuito de recirculación de la materia orgánica extraída del primer circuito de recirculación sometiéndola a una cierta presión y a una cierta temperatura; y la etapa de despresurización comprende una descompresión de la materia orgánica extraída continuamente del segundo circuito. La patente WO2010092040 describe otro procedimiento de carbonización hidrotermal conocido.
Desventajas de las soluciones del estado de la técnica
Las soluciones del estado de la técnica se han desarrollado principalmente para el tratamiento por hidrólisis térmica, en lugar de la carbonización hidrotermal. Se refieren a procedimientos en los que las condiciones de presión y temperatura son intermedias, típicamente de 0,6 MPa y 160°C.
Estas soluciones no son del todo satisfactorias, especialmente para temperaturas y presiones superiores, porque implican un aporte importante de vapor, durante la inyección de la biomasa (o de lodos) en el reactor. Esto se traduce por un consumo de energía mal controlado y un coste de funcionamiento elevado, así como por una sequedad degradada, definiéndose la sequedad por el contenido de materia seca de la biomasa o de los lodos. Además, los lodos introducidos en un reactor pueden contener residuos sólidos, en particular agregados minerales, que pueden obstruir la entrada del reactor o dañar las estructuras internas del reactor. Las soluciones del estado de la técnica no permiten reducir el riesgo de obstrucción o desgaste del reactor.
Por último, los inyectores-mezcladores necesarios para homogeneizar la mezcla de lodos vapor resultan ser equipos caros y frágiles, especialmente cuando tienen que funcionar a temperaturas y presiones altas como las que requiere la carbonización hidrotermal, en la que el sellado de los prensaestopas se vuelve difícil de realizar.
Además, para tiempos de estancia importantes, el funcionamiento en "flujo de pistón" es difícil de realizar.
El propósito de la presente invención es resolver al menos uno de los problemas o inconvenientes mencionados anteriormente.
Explicación de la invención
A este fin, la invención propone un procedimiento de carbonización hidrotermal continuo de lodos que contienen materia orgánica, dichos lodos teniendo una sequedad comprendida entre el 10 y el 30%, dicho procedimiento comprende una etapa de reacción hidrotermal implementada en un reactor (y preferentemente al menos una etapa de enfriamiento en la cual se enfría los lodos que han sido sometidos a la etapa de reacción hidrotermal), la etapa de reacción hidrotermal comprende las siguientes fases:
- una etapa de inyección de lodos en la cual se inyecta los lodos en el reactor a través de una primera entrada,
- una etapa de inyección de vapor en la cual se inyecta vapor en el reactor a través de una segunda entrada, la segunda entrada siendo distinta a la primera entrada,
- una etapa de puesta en circulación en la cual se pone una mezcla constituida por los lodos y el vapor inyectados en el reactor en circulación en el seno del reactor,
- una etapa de extracción continua, especialmente fuera de la fase de arranque, de al menos una parte de la mezcla contenida en el reactor mediante una salida de lodos.
En esta descripción, se entiende por la expresión "extracción continua" una extracción continua con un caudal posiblemente variable, preferentemente controlada por los parámetros de funcionamiento del reactor. Tal extracción continua puede interrumpirse temporalmente cuando las regulaciones no han sido suficientes para recuperar el equilibrio del procedimiento de carbonización hidrotermal. La extracción continua no es una extracción secuencial, y no es una extracción por lotes o en "batch".
El mismo razonamiento se aplica al término "introducción continua", es decir, se puede sustituir en el párrafo anterior la palabra "extracción" por la palabra "introducción".
El procedimiento comprende además una etapa de precalentamiento en la cual la temperatura de los lodos se eleva hasta una temperatura de precalentamiento antes de su inyección en el reactor.
Preferentemente, la temperatura de precalentamiento puede ser superior a 100°C, más preferentemente superior a 150°C, y la presión de los lodos durante la etapa de precalentamiento puede ser superior a 0,1 MPa, más preferentemente superior a 0,2 MPa.
En la etapa de inyección de vapor, el vapor puede inyectarse a contracorriente de la mezcla circulando en el reactor (preferentemente en un sentido opuesto).
En una realización, la etapa de puesta en circulación se realiza para obtener un flujo uniformemente mezclado. El procedimiento comprende además una etapa de calentamiento de agua en la cual el calor contenido en los lodos extraídos del reactor se transfiere al agua a través de un intercambiador de calor, y donde el agua así calentada se utiliza para producir el vapor utilizado en la etapa de inyección de vapor.
El procedimiento puede comprender además una etapa de inyección de reactivo en la cual se inyecta en el reactor un reactivo, particularmente un ácido, para mantener el pH de los lodos contenidos en el reactor en un valor inferior a 6.
Por otra parte, el procedimiento puede comprender además una etapa de inyección de reactivo en la que se inyecta en el reactor un reactivo, particularmente una base, para mantener el pH de los lodos contenidos en el reactor en un valor superior a 8.
La invención también se refiere a un dispositivo para la carbonización hidrotermal continua de lodos que contienen materia orgánica, dichos lodos tienen una sequedad comprendida entre el 10 y el 30% en peso de materia seca, este dispositivo comprende un reactor, el reactor comprende:
- una primera entrada dispuesta para inyectar los lodos en el reactor, una segunda entrada dispuesta para inyectar vapor directamente en el reactor, siendo la segunda entrada distinta a la primera entrada, - medios de puesta en circulación dispuestos para hacer circular en el seno del reactor una mezcla constituida de lodos y de vapor inyectados en el reactor, y
- una salida de lodos dispuesta para extraer del reactor de forma continua al menos una parte de la mezcla que contiene.
Según una característica, el dispositivo según la invención comprende además un dispositivo de precalentamiento dispuesto para elevar la temperatura de los lodos curso arriba de la primera entrada mediante la inyección de vapor en los lodos curso arriba del reactor.
Según otra característica ventajosa, el dispositivo según la invención puede comprender además un intercambiador de calor adicional dispuesto para generar vapor utilizando el calor contenido en los lodos extraídos del reactor, este vapor siendo vapor inyectado en los lodos curso arriba del reactor por el dispositivo de precalentamiento.
El dispositivo según la invención comprende además un intercambiador de calor y una caldera, este intercambiador de calor está dispuesto para transferir el calor contenido en los lodos extraídos del reactor al agua que circula entre dicho intercambiador de calor y la caldera, la caldera estando dispuesta para suministrar el vapor inyectado directamente en el reactor.
En una realización ventajosa, el dispositivo según la invención puede comprender además un equipo de refrigeración dispuesto para enfriar los lodos extraídos del reactor, estando este equipo de refrigeración montado curso abajo del intercambiador de calor y del intercambiador de calor adicional.
El dispositivo según la invención puede comprender además un ahorrador dispuesto para transferir el calor contenido en los lodos extraídos del reactor al agua que circula entre este ahorrador y, por una parte, el intercambiador de calor adicional y, por otra parte, el intercambiador de calor.
El ahorrador se monta preferentemente curso abajo del intercambiador de calor adicional.
El ahorrador se monta preferentemente curso arriba del equipo de refrigeración.
Descripción de las figuras y las realizaciones
Otras ventajas y particularidades de la invención se desprenderán de la descripción detallada de las implementaciones y las realizaciones que no son en absoluto limitativos, y de las figuras siguientes:
- La figura 1 es una vista esquemática de una primera realización de una instalación de carbonización hidrotermal según la invención,
- La figura 2 es una vista esquemática de una segunda realización de una instalación de carbonización hidrotermal según la invención.
Dado que las realizaciones descritas a continuación no son en absoluto limitativas, será posible, en particular, considerar variantes de la invención que comprendan únicamente una selección de las características descritas, aisladas de las demás características descritas (incluso si esta selección está aislada dentro de una frase que comprenda estas otras características), si esta selección de características es suficiente para conferir una ventaja técnica o para diferenciar la invención de la técnica anterior. Esta selección comprende al menos una característica, preferentemente funcional sin detalles estructurales, o con sólo una parte de los detalles estructurales si esa única parte es suficiente para conferir una ventaja técnica o para diferenciar la invención de la técnica anterior.
En la presente descripción de las realizaciones y variantes, el vapor es por defecto vapor de agua.
Por defecto, cualquier presión indicada en la presente descripción es una presión absoluta.
La figura 1 es un ejemplo de un dispositivo para la carbonización hidrotermal continua de lodos según la invención. Este dispositivo comprende un reactor 4 dispuesto para realizar una etapa de reacción hidrotermal.
Esta etapa de reacción hidrotermal comprende los siguientes pasos
- una etapa de inyección de lodos en la cual los lodos se inyectan en el reactor 4 a través de una primera entrada 11,
- una etapa de inyección de vapor en la cual se inyecta vapor en el reactor 4 a través de una segunda entrada 15, siendo la segunda entrada 15 distinta de la primera entrada 11,
- una etapa de puesta en circulación en la cual una mezcla compuesta por los lodos y el vapor inyectados en el reactor 4 se hace circular en el seno del reactor 4,
- una etapa de extracción continua de al menos una parte de la mezcla contenida en el reactor 4 a través de una salida de lodos 16.
En la presente descripción, el término "circulación" de lodos, mezcla o líquido en el reactor 4 se refiere a cualquier movimiento de dichos lodos, mezcla o líquido dentro del reactor 4.
En la presente descripción, el término " camino de circulación " se refiere al camino a lo largo del cual se realiza cualquier movimiento de este tipo en el reactor.
En la presente descripción, el término "puesta en circulación" de los lodos, la mezcla o un líquido en el reactor significa la creación o el mantenimiento, directamente dentro del reactor 4, de la circulación (es decir, el movimiento) de los lodos, la mezcla o el líquido en el reactor, preferentemente con independencia de la amplitud y la dirección de la velocidad de introducción de los lodos en el reactor 4 a través de la primera entrada 11.
Por circulación de lodos se entiende típicamente en esta realización un desplazamiento relativo de los lodos que define una velocidad media de desplazamiento de los lodos Vd en el seno del reactor 4 típicamente de 0,1 a 3 m/s, una velocidad media de introducción de los lodos Ve a través de la primera entrada 11 típicamente de 0,005 a 0,1 m/s, o una ratio Vd/Ve típicamente de 5 a 300.
Los lodos inyectados en el reactor 4 a través de la primera entrada 11 se transportan como se describe a continuación.
En primer lugar, los lodos, que contienen materia orgánica, proceden, por ejemplo, de una tolva (no representada) para ser transportados dentro de un conducto 100 (entrada del dispositivo), por ejemplo, por gravedad. Los lodos que llegan al conducto 100 suelen tener una sequedad en peso de materia seca comprendida entre el 10 y el 30%, típicamente comprendida entre el 18 y el 24%. Estos lodos se transportan hasta un dispositivo de precalentamiento
2 de forma continua mediante un aparato 1 como una bomba, un tornillo, un aparato que funciona por gravedad, un transportador mecánico o cualquier otro medio que permita transportar los lodos al dispositivo de precalentamiento
2. Este aparato 1 es, en el ejemplo de la figura 1, una bomba.
El dispositivo de precalentamiento 2 está dispuesto para realizar una etapa de precalentamiento en la cual la temperatura del lodo se eleva hasta una temperatura de precalentamiento antes de su inyección en el reactor 4. La temperatura de precalentamiento es, en este ejemplo, superior a 100°C, y la presión de los lodos durante esta etapa de precalentamiento es superior a 0,1 MPa.
De este modo, el dispositivo de precalentamiento 2 permite elevar la temperatura de los lodos curso arriba de la primera entrada 11 mediante la inyección de vapor en los lodos curso arriba del reactor 4. El vapor así inyectado por este dispositivo de precalentamiento 2 está preferentemente a baja presión, típicamente de una presión comprendida entre 0,1 MPa y 1 MPa, típicamente comprendida entre 0,1 MPa y 0,5 MPa. El dispositivo de precalentamiento 2 puede ser, por tanto, un equipo de recalentamiento de lodos por intercambio directo de calor entre los lodos y el vapor. El vapor utilizado por el dispositivo de precalentamiento 2 tiene típicamente una temperatura comprendida entre 100°C y 180°C, típicamente comprendida entre 100°C y 120°C.
El dispositivo de precalentamiento 2 puede ser cualquier aparato de inyección de vapor estático o dinámico como una cámara confinada tubular con deflectores estáticos, un mezclador dinámico con palas rotativas, o implementar múltiples inyecciones de vapor en la parte inferior de una tolva de un tornillo de alimentación que permita una mezcla homogénea de los lodos y el vapor inyectado por el dispositivo de precalentamiento 2, esta mezcla típicamente comprende una gran cantidad de lodos y una pequeña cantidad de vapor.
Típicamente, la cantidad de vapor inyectado por el dispositivo de precalentamiento 2 representa en masa entre el 5 y el 25% de la masa de lodos transportados al dispositivo de precalentamiento 2, típicamente el 10%.
El precalentamiento de los lodos se hace típicamente a una temperatura comprendida entre 50 y 150°C, preferentemente superior a 70°C (preferentemente entre 70 y 80°C). Tal temperatura permite utilizar una bom simplificada curso abajo del dispositivo de precalentamiento 2. En efecto, tal inyección de vapor por parte del dispositivo de precalentamiento 2 se traduce en una ligera reducción de la sequedad de los lodos. Por ejemplo, los lodos tienen una sequedad del 20% en la bomba 1 curso arriba del dispositivo de precalentamiento 2, y tienen una sequedad del 18% curso abajo del dispositivo de precalentamiento 2, por ejemplo, en la bomba 3.
A la salida del dispositivo de precalentamiento 2, los lodos se introducen a través de un conducto 101 en la bomba 3, donde están sometidos a presión, típicamente a una presión comprendida entre 0,6 y 4 MPa, típicamente comprendida entre 2,5 y 3 MPa.
Las bombas 1 y 3 funcionan de forma sincronizada, en función de la capacidad de absorción del reactor 4.
A continuación, los lodos se transportan hacia el reactor 4 a través de un conducto 102 que conecta la bomba 3 y la primera entrada 11 del reactor 4.
La primera entrada 11 está dispuesta para inyectar los lodos en el reactor 4.
Los lodos se inyectan directamente y de forma continua en el reactor 4 de forma que se integran rápidamente a la mezcla contenida en el reactor 4. Típicamente, se produce un efecto de cizallamiento de los lodos en el reactor 4 al nivel de la primera entrada 11 debido a un efecto de velocidad diferencial entre los lodos inyectados a través de la primera entrada 11 (por ejemplo, 1 cm/s) y la mezcla que circula en el reactor 4 al nivel de la primera entrada 11 (por ejemplo, 100 cm/s). Esta velocidad diferencial suele tener típicamente un coeficiente comprendido entre 5 y 300.
Una orientación diferente de los vectores de las velocidades respectivas consideradas resulta en el efecto de cizallamiento que permite una mezcla rápida de la pequeña masa de lodos fríos inyectados a través de la primera entrada 11 con la gran masa de lodos carbonizados calientes que circulan en el reactor 4. Así, este efecto de cizallamiento permite la integración de una pequeña masa de lodos inyectados con una gran masa de lodos mezclados uniformemente en el reactor 4.
La segunda entrada 15 está dispuesta para inyectar vapor directamente en el reactor 4, siendo la segunda entrada
15 distinta de la primera entrada 11.
El espacio interior del reactor 4 está configurado para asegurar una circulación de la mezcla en un sentido diferente al sentido de inyección del vapor a través de la segunda entrada 15. En particular, durante la etapa de inyección de vapor, el vapor se inyecta preferentemente a contracorriente a la mezcla que circula en el reactor 4.
En la presente descripción, la expresión "a contracorriente" se entiende como que, para un sentido de circulación (en promedio) de los lodos en el reactor 4 en las proximidades de la segunda entrada 15 a lo largo de una dirección principal, la dirección de inyección de vapor tiene al menos un componente opuesto a la dirección principal. En otras palabras, para un sentido de circulación (en promedio) de los lodos en el reactor 4 en las proximidades de la segunda entrada 15 a lo largo de una dirección principal, la dirección de inyección de vapor forma un ángulo positivo con la dirección principal comprendido entre pi/2 y 3*pi/2 radianes. Preferentemente, este ángulo es de pi radianes (vectores opuestos).
La etapa de la puesta en circulación se realiza para obtener un flujo uniformemente mezclado. Se entiende aquí que el término "uniformemente mezclado" el hecho que una partícula de la mezcla de lodos+vapor en el reactor 4 tiene una probabilidad de alcanzar cualquier punto del reactor ocupado por la mezcla de lodos+vapor idéntica a la probabilidad de que otra partícula de la mezcla de lodos+vapor que alcance ese mismo punto. Así pues, se puede calcular el porcentaje de uniformidad como una fracción entre un volumen uniforme de la mezcla de lodos+vapores y el volumen total ocupado por la mezcla de lodos+vapores. Se considerará que el reactor está uniformemente mezclado si alcanza un porcentaje de uniformidad superior al 90% (o, en otras palabras, no hay más de un 10% de "zona muerta" donde las partículas no van o no siempre van). Se puede medir este volumen uniforme de la mezcla de lodos+vapores mediante una prueba de trazador de litio conocida por el experto en la materia.
El hecho de que el reactor esté uniformemente mezclado favorece mucho las reacciones químicas, en particular en comparación con los reactores de flujo discontinuo (batch) o de flujo pistón.
Los medios de puesta en circulación (no representados), dispuestos para hacer circular la mezcla en el seno del reactor 4, permiten uniformizar un estado de mezcla en el reactor 4. Típicamente comprenden un circulador (no representado), por ejemplo con palas, dispuesto para hacer circular los lodos en el espacio interior del reactor 4 a lo largo de un camino de circulación delimitado por una o más paredes interiores (no representadas).
Por "medios de puesta en circulación" o "circulador" de los lodos, la mezcla o un líquido en el reactor, se entiende en la presente descripción los medios dispuestos para crear o mantener directamente en el interior del reactor 4 la circulación (es decir, el movimiento) de los lodos, la mezcla o el líquido, preferentemente con independencia de la amplitud y la dirección de la velocidad de introducción de los lodos en el reactor 4 a través de la primera entrada 11. Según variantes no representadas, este circulador puede comprender:
- un agitador con una o más palas, y/o
- un tornillo, y/o
- una bomba, y/o
- un bucle de recirculación de lodos, y/o
- un burbujeador.
El espacio interior del reactor 4 está además configurado para formar un volumen de desgasificación (no representado) en una porción superior de este espacio interior (es decir, una porción de mayor altitud que otras porciones de este espacio interior). En este volumen de desgasificación, la mezcla no circula. Este volumen de desgasificación está dispuesto para recuperar los incondensables de gas.
El reactor 4 también está provisto de una salida para los incondensables 13 que conecta el volumen de desgasificación con un conducto de evacuación 30 para posibles tratamientos posteriores. Esta salida de incondensables 13 está regulada por una válvula para controlar la presión en el reactor 4.
Preferentemente, la segunda entrada 15 está separada de la primera por una distancia superior a la doceava parte de la mayor dimensión lineal del espacio interior del reactor 4. Esta distancia es suficiente para permitir el efecto de cizallamiento. Esta distancia se considera la distancia más corta entre dos puntos de la primera entrada 11 y la segunda entrada 15 respectivamente.
El tiempo de estancia de los lodos en el reactor 1 puede comprobarse, por ejemplo, mediante un trazado de litio o una modelización numérica.
El vapor inyectado directamente en el reactor 4 a través de la segunda entrada 15 está saturado o sobrecalentado a alta presión, típicamente comprendida entre 0,6 y 4,5 MPa, típicamente comprendida entre 2,5 y 3 MPa, y a elevada temperatura, típicamente comprendida entre 160 y 250°C, típicamente comprendida entre 220°C y 240°C.
Preferentemente, la dirección de inyección del vapor es opuesta a la dirección de circulación de la mezcla que circula en el reactor 4, en la zona situada en las proximidades de la segunda entrada 15.
Esta inyección de vapor a través de la segunda entrada 15 se hace para controlar la temperatura de la mezcla en el reactor 4, y para mantener esta temperatura en un valor definido, típicamente comprendido entre 140°C y 270°C, típicamente comprendido entre 180°C y 200°C. Esta temperatura se controla en uno o varios puntos del reactor 4 para controlar la homogeneidad de la mezcla que contiene. El caudal del vapor así inyectado por la segunda entrada 15 se regula para mantener la temperatura en los valores nominales mencionados, lo que permite limitar la cantidad de vapor y optimizar el balance energético del aparato, a diferencia de las soluciones del estado de la técnica que implementan un inyector-mezclador.
Según esta realización de la invención, se realiza la elección de:
- una etapa de inyección de reactivo en la cual se inyecta un reactivo de tipo ácido en el reactor 4 para mantener el pH de los lodos contenidos en el reactor 4 en un valor inferior a 6,
- una etapa de inyección en el reactor 4 de un reactivo de tipo base para mantener el pH de los lodos contenidos en el reactor 4 en un valor superior a 8.
La inyección de reactivo puede regularse mediante una sonda de pH. Por ejemplo, se puede inyectar uno u otro reactivo (base o ácido) de forma automatizada en función de si se alcanza o supera un umbral de pH inferior o superior.
Para inyectar un reactivo, el reactor 4 comprende una entrada de reactivo 12 conectada a un conducto de inyección de reactivo 5.
La inyección de reactivo permite acelerar la reacción de carbonización. El pH se controla, por ejemplo, mediante una sonda de pH, bien directamente en el reactor 4 o bien en un conducto 103, 104, 105, 106 o 107 situado curso abajo del reactor 4 por el que circula los lodos que han sido sometidos a la etapa de reacción hidrotermal.
La salida de lodos 16 está dispuesta para extraer continuamente del reactor 4 al menos una parte de la mezcla contenida que contiene.
El dispositivo de la invención de la figura 1 también permite implementar al menos una etapa de enfriamiento en la que se enfría los lodos que han sido sometidos a la etapa de reacción hidrotermal. A continuación, se describe la al menos una etapa de enfriamiento.
El dispositivo está dispuesto para realizar una etapa de calentamiento de agua en la cual el calor contenido en los lodos extraídos del reactor 4 se transfiere al agua a través del intercambiador de calor 6, y donde el agua así calentada se utiliza para producir el vapor utilizado en la etapa de inyección de vapor.
Para ello, el dispositivo de la figura 1 comprende un intercambiador de calor 6 conectado a la salida de lodos 16 por el conducto 103. Este dispositivo comprende también una caldera 22 conectada a este intercambiador de calor 6 por un conducto 21. Este intercambiador de calor 6 está dispuesto para transferir el calor contenido en los lodos extraídos del reactor 4 al agua que circula entre este intercambiador de calor 6 y la caldera 22 a través del conducto 21. La caldera 22, alimentada por otra fuente de energía (no representada), está dispuesta para suministrar vapor directamente al reactor 4 a través de un conducto 23 conectado a la segunda entrada 15.
El agua que circula por este intercambiador de calor 6 es típicamente calentada hasta una temperatura comprendida entre 120 y 260°C, típicamente comprendida entre 160 y 170°C. Esta agua calentada en el intercambiador de calor 6 es conducida a la caldera 22 a través del conducto 21 que producirá el vapor directamente inyectado en el reactor 4 a través de la segunda entrada 15.
El agua que llega a través del conducto 20 en este intercambiador de calor 6 es de una calidad adecuada para la producción de vapor (ablandamiento, desmineralización, etc.).
Este intercambiador de calor 6 puede ser de cualquier tipo adecuado para este tipo de intercambio, por ejemplo del tipo tubo-en-tubo, con tubos de humos (tube de fumées), tubos de calandria (tubes calandre), etc.
El dispositivo de la figura 1 comprende además un intercambiador de calor adicional 7 dispuesto para transformar en vapor el agua que circula por este intercambiador de calor adicional 7 utilizando el calor contenido en los lodos extraídos del reactor 4, este vapor siendo el vapor inyectado en los lodos curso arriba del reactor 4 por el dispositivo de precalentamiento 2.
Los lodos hidrolizados, ya enfriados por el intercambiador de calor 6, son conducidos a través del conducto 104 del intercambiador de calor 6 al intercambiador de calor adicional 7. Este intercambiador de calor adicional 7 se utiliza para producir vapor saturado o ligeramente sobrecalentado destinado a ser inyectado en los lodos que circulan curso arriba del reactor 4 por el dispositivo de precalentamiento 2. El vapor así producido tiene una presión comprendida entre 0,1 y 1 MPa, típicamente comprendida entre 0,15 y 0,3 MPa.
El intercambiador de calor adicional 7 es del tipo de caldera de tubos de humos o consiste en cualquier otro intercambiador capaz de producir vapor saturado.
El agua que circula por el intercambiador de calor adicional 7 llega a través de un conducto 24 con una calidad compatible con la producción de vapor deseada, especialmente en términos de ablandamiento, desmineralización, etc.
El dispositivo de la figura 1 comprende también un equipo de refrigeración 8 dispuesto para enfriar los lodos extraídos del reactor 4 procedentes del intercambiador de calor adicional 7 a través del conducto 105 que los conecta. Así, este equipo de refrigeración 8 se monta curso abajo del intercambiador de calor 6 y del intercambiador de calor adicional 7.
Los lodos parcialmente enfriados por el intercambiador de calor 6 y el intercambiador de calor adicional 7 son conducidos a través del conducto 105 a este equipo de enfriamiento 8 que realiza una última etapa de enfriamiento. Este equipo de enfriamiento 8 se implementa de manera que la temperatura de los lodos transportados luego hacia un módulo de tratamiento final de deshidratación 10 por los conductos 106, 107 alcancen una temperatura definida antes de su llegada en este módulo 10. Esta temperatura definida está típicamente comprendida entre 40 y 90°C, típicamente comprendida entre 60 y 70°C.
Para llevar a cabo esta última etapa de enfriamiento, el equipo de enfriamiento 8 puede ser un intercambiador en el que circulan los lodos y un fluido como agua, aire o cualquier fluido de enfriamiento disponible. Dicho fluido refrigerante entra en este equipo de refrigeración o intercambiador 8 a través de un conducto 26 y sale por un conducto 27. El tipo de intercambiador es, por ejemplo, un intercambiador tubo-en-tubo o tubo-en-circuito de humos. A la salida de este equipo de refrigeración 8, los lodos llegan a un órgano de despresurización (déprimogéne) 9 a través del conducto 106 que permite que estos lodos alcancen una presión cercana a la presión atmosférica antes del tratamiento final de deshidratación en el módulo 10. El órgano de despresurización 9 y el módulo de tratamiento final de deshidratación 10 están conectados entre sí por el conducto 107.
Este órgano de despresurización 9 puede ser una bomba, una válvula, un diafragma o cualquier accesorio que permita bajar la presión de los lodos de esta manera.
Puesta en marcha del dispositivo
El dispositivo de la figura 1 se pone en marcha precalentando el reactor 4 mediante la inyección de vapor directamente en el reactor 4 a través de la segunda entrada 15, este vapor inyectado procede de la caldera 22 a través del conducto 23. Este precalentamiento del reactor 4 se realiza hasta obtener una temperatura adecuada en el seno del reactor 4. Esta fase de puesta en marcha se realiza sin inyección de lodos en el reactor 4. Este precalentamiento del reactor 4 se hace sin dificultad porque el reactor 4 está previamente lleno de agua, el agua teniendo una viscosidad baja. Entonces, el vapor se inyecta fácilmente en el agua y se condensa en un pequeño volumen, mientras se calienta la masa de agua contenida en el reactor 4.
Cuando el reactor 4 está caliente (alcanzando la mencionada temperatura adecuada), los lodos pueden ser inyectados a través de la primera entrada 11 gracias a la bomba 3, sin forzosamente tener necesidad de implementar el dispositivo de precalentamiento 2. En efecto, el hecho de inyectar continuamente una pequeña cantidad de lodos, en comparación con el volumen disponible en el reactor 4 (típicamente 3 horas de tiempo de estancia), permite a los lodos así inyectados aumentar muy rápidamente en temperatura y, por tanto, licuarse y alcanzar una reología cercana a la del agua.
A continuación, al iniciar la circulación de los lodos en los conductos 103, 104, 105, 106 y 107, la producción de vapor para el dispositivo de precalentamiento 2 empezará, permitiendo que los lodos se precalienten curso arriba del reactor 4.
Ejemplo de una realización
El siguiente ejemplo mostrará el interés de las recuperaciones térmicas para reducir fuertemente el consumo térmico del procedimiento.
Consideremos que en el conducto 100 hay lodos con una sequedad del 19% y un caudal de 2.700 kg/h. Se precalienta los lodos a 70°C por inyección en el dispositivo de precalentamiento 2 de 262 kg/h de vapor a 107°C y 0,13 MPa.
Se desprecia en este ejemplo la cantidad de ácido añadida en el reactor 4.
Para las necesidades de calentamiento del reactor 4 a 190°C, se inyectarán 707 kg/h de vapor a 220°C y 3 MPa. El intercambiador de calor 6 permitirá precalentar el agua utilizada para producir el vapor directamente inyectado en el reactor 4 de 10°C a 180°C y enfriar los lodos carbonizados que circulan en este intercambiador de calor 6 hasta una temperatura de 152°C.
El intercambiador de calor adicional 7 permitirá producir el vapor utilizado para el dispositivo de precalentamiento 2 a 0,13 MPa a partir de agua a 10°C, a la vez que se enfría los lodos carbonizados que fluyen por este intercambiador de calor adicional 7 hasta una temperatura de 103°C.
El equipo de enfriamiento 8 que utiliza agua a 10°C permitirá enfriar a 70°C los lodos carbonizados que circulan por este equipo de enfriamiento 8 antes de su deshidratación final en el módulo 10.
Así, se recupera (190-103)/(190-70)=72,5% de la energía introducida en el dispositivo para sus necesidades de funcionamiento.
Cabe señalar que el agua caliente producida en el equipo de refrigeración 8 también puede utilizarse para necesidades externas al funcionamiento del dispositivo de la invención. En este caso, el 100% de la energía necesaria para el funcionamiento de este dispositivo se utiliza de forma interna o externa.
La figura 2 es una vista esquemática de una segunda realización de una instalación de carbonización hidrotermal según la invención, que se describirá únicamente por sus diferencias con la primera realización de la figura 1.
Esta segunda realización comprende además un ahorrador 71 dispuesto para transferir el calor contenido en los lodos extraídos del reactor 4 al agua que circula entre este ahorrador 71 y, por una parte, el intercambiador de calor adicional 7 y, por otra parte, el intercambiador de calor 6.
En este ejemplo, el ahorrador 71 está montado curso abajo del intercambiador de calor adicional 7. Los lodos son transportados desde el intercambiador de calor adicional 7 a este ahorrador 71 a través de un conducto 105a. En este ejemplo, el ahorrador 71 está montado curso arriba del equipo de refrigeración 8. Los lodos se transportan desde el ahorrador 71 al equipo de refrigeración 8 a través de un conducto 105b.
En este ejemplo, el agua, preferentemente desmineralizada, se suministra al ahorrador 71 a través de un conducto 711. El agua en el conducto 711 está típicamente a temperatura ambiente. Esta agua sale del ahorrador 71 a través de un conducto 712, por ejemplo a una temperatura de 90°C. El conducto 712 está conectado a los conductos 24 y 20, por ejemplo vía una bifurcación Y71, de manera a transportar el agua calentada por el ahorrador 71 hasta el intercambiador de calor adicional 7 y hasta el intercambiador de calor 6.
Una de las ventajas de tal dispositivo es que, gracias a la puesta en contacto al final del recorrido de un fluido frío con los lodos ya enfriados, se puede disminuir al máximo la temperatura de los lodos recuperando un máximo de energía para las necesidades del procedimiento.
Por supuesto, la invención no se limita a los ejemplos que se acaban de describir, y se pueden hacer muchos ajustes a estos ejemplos sin ir más allá del marco de la invención. Además, las diferentes características, formas, variantes y realizaciones de la invención pueden asociarse entre sí según diversas combinaciones, en la medida que no sean incompatibles o excluyentes entre sí.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la carbonización hidrotermal continua de lodos que contienen materia orgánica, donde dichos lodos presentan una sequedad comprendida entre el 10 y el 30% en peso de materia seca, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de reacción hidrotermal implementada en un reactor (4),comprendiendo la etapa de reacción hidrotermal las siguientes etapas:
- una etapa de inyección de lodos en la cual se inyectan los lodos en el reactor (4) a través de una primera entrada (11),
- una etapa de inyección de vapor en la que cual se inyecta vapor en el reactor (4) a través de una segunda entrada (15), siendo la segunda entrada (15) distinta de la primera entrada (11),
- una etapa de puesta en circulación en la cual se hace circular dentro del reactor (4) una mezcla compuesta por los lodos y el vapor inyectado en el reactor (4),
- una etapa de extracción continua de al menos una parte de la mezcla contenida en el reactor (4) a través de una salida de lodos (16),
donde, durante la etapa de inyección de vapor, el vapor se inyecta a contracorriente de la mezcla que circula en el reactor (4),
donde el procedimiento se caracteriza porque comprende además una etapa de calentamiento de agua en la cual el calor contenido en los lodos extraídos del reactor (4) se transfiere a agua a través de un intercambiador de calor (6), y donde el agua así calentada se utiliza para producir el vapor utilizado en la etapa de inyección de vapor comprendiendo el procedimiento además una etapa de precalentamiento en la cual la temperatura de los lodos se eleva hasta una temperatura de precalentamiento antes de su inyección en el reactor (4), mediante la inyección de vapor en los lodos.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de precalentamiento es superior a 100°C, y porque la presión de los lodos durante la etapa de precalentamiento es superior a 0,1 MPa.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además una etapa de inyección de reactivo en la cual se inyecta en el reactor (4) un reactivo, particularmente un ácido, para mantener el pH de los lodos contenidos en el reactor (4) en un valor inferior a 6.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque comprende además una etapa de inyección de reactivo en la cual se inyecta en el reactor (4) un reactivo, particularmente una base, para mantener el pH de los lodos contenidos en el reactor (4) en un valor superior a 8.
5. Dispositivo para la carbonización hidrotermal continua de lodos que contienen materia orgánica, dichos lodos teniendo una sequedad comprendida entre el 10 y el 30% en peso de materia seca, donde dicho dispositivo comprende un reactor (4), comprendiendo el reactor (4):
- una primera entrada (11) dispuesta para inyectar los lodos en el reactor (4)
- una segunda entrada (15) dispuesta para inyectar vapor directamente en el reactor (4), siendo la segunda entrada (15) distinta de la primera entrada (11),
- medios de puesta en circulación dispuestos para hacer circular en el seno del reactor (4) una mezcla constituida por los lodos y el vapor inyectados en el reactor (4), y
- una salida de lodos (16) dispuesta para extraer continuamente del reactor (4) al menos una parte de la mezcla que contiene,
estando el reactor configurado para inyectar vapor a contracorriente de la mezcla que circula en el reactor,
donde dicho dispositivo se caracteriza porque comprende además un intercambiador de calor (6) y una caldera (22), estando dicho intercambiador de calor (6) dispuesto para transferir el calor contenido en los lodos extraídos del reactor (4) a agua que circula entre dicho intercambiador de calor (6) y la caldera (22), estando la caldera (22) dispuesta para suministrar el vapor inyectado directamente en el reactor (4), comprendiendo el dispositivo además un dispositivo de precalentamiento (2) dispuesto para elevar la temperatura de los lodos curso arriba de la primera entrada (11) por inyección de vapor en los lodos curso arriba del reactor (4), y un intercambiador de calor adicional (7) dispuesto para generar vapor utilizando el calor contenido en los lodos extraídos del reactor (4), siendo este vapor un vapor inyectado en los lodos curso arriba del reactor (4) por el dispositivo de precalentamiento (2).
6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado en que comprende además un equipo de refrigeración (8) dispuesto para enfriar los lodos extraídos del reactor (4), estando dicho equipo de refrigeración (8) montado curso abajo del intercambiador de calor (6) y del intercambiador de calor adicional (7).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado en que comprende además un ahorrador (71) dispuesto para transferir el calor contenido en los lodos extraídos del reactor (4) al agua que circula entre este ahorrador (71) y, por una parte, el intercambiador de calor adicional (7) y, por otra parte, el intercambiador de calor (6).
8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado en que el ahorrador (71) está montado curso abajo del intercambiador de calor adicional (7) y curso arriba del equipo de refrigeración (8).
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3032193B1 (fr) * 2015-02-02 2020-01-31 Degremont Optimisation d'un procede de traitement de pulpe
US11724941B2 (en) 2018-02-15 2023-08-15 North Carolina State University Synthesis of micron and nanoscale carbon spheres and structures using hydrothemal carbonization
KR102262101B1 (ko) * 2020-10-27 2021-06-08 이진석 유기물의 건조 탄화 하이브리드시스템
CN112607996B (zh) * 2020-12-16 2022-05-13 北京城市排水集团有限责任公司 一种热水解高级厌氧消化与热解碳化耦合工艺
KR102505116B1 (ko) * 2022-08-12 2023-03-03 주식회사 부강테크 수열탄화에 의한 유기성 폐기물의 고형연료화 및 에너지 생산 시스템 및 그 방법
FR3140365A1 (fr) * 2022-09-29 2024-04-05 Suez International Procede de traitement de dechets organiques
FR3140363A1 (fr) * 2022-09-29 2024-04-05 Suez International Procede de traitement de dechets organiques

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007056170A1 (de) * 2006-12-28 2008-11-06 Dominik Peus Semikontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Brennstoff aus Biomasse
WO2009029660A2 (en) * 2007-08-27 2009-03-05 Purdue Research Foundation Novel process for producing liquid hydrocarbon by pyrolysis of biomass in presence of hydrogen from a carbon-free energy source
JP5150199B2 (ja) * 2007-10-23 2013-02-20 株式会社東芝 汚泥処理システム
EP2206688A1 (de) * 2008-12-16 2010-07-14 Suncoal Industries Gmbh Thermo-chemische Aufbereitung des Processwassers einer hydrothermalen Karbonisierung
BRPI1008182A2 (pt) 2009-02-10 2016-03-01 Csl Carbon Solutions Ltd "processo hidrotérmico para preparação de material semelhante ao carvão a partir de biomassa, coluna de evaporação e seu uso"
NO330122B1 (no) 2009-07-13 2011-02-21 Cambi As Fremgangsmate og anordning for termisk hydrolyse av biomasse og dampeksplosjon av biomasse
DE102009055976A1 (de) * 2009-11-27 2011-06-01 Choren Industries Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus Biomasse durch Flugstrom-Vergasung
DE102011001954B4 (de) * 2011-04-11 2013-05-08 Orfist AG Verfahren zur Durchführung einer hydrothermalen Karbonisierungsreaktion und Reaktionstank hierfür
CN102531315B (zh) * 2011-12-28 2013-11-20 北京科力丹迪技术开发有限责任公司 一种污泥水热干化处理装置及其水热反应器
FR2990429B1 (fr) * 2012-05-10 2014-06-13 Veolia Water Solutions & Tech Procede et installation pour l'hydrolyse thermique des boues
ES2551144T3 (es) 2013-03-08 2015-11-16 Aquatec, Proyectos Para El Sector Del Agua, S.A.U. Procedimiento que opera en continuo para la hidrólisis térmica de materia orgánica e instalación para la puesta en práctica del procedimiento
US9758416B2 (en) * 2013-04-15 2017-09-12 Veolia Water Solutios & Technologies Support System and method for treating wastewater and resulting sludge
FR3005312B1 (fr) 2013-05-03 2017-02-17 Degremont Procede d'ultra-deshydratation de produits epaissis ou pateux formant une biomasse, et installation pour la mise en oeuvre du procede
FR3010403B1 (fr) 2013-09-06 2017-01-13 Veolia Water Solutions & Tech Procede et dispositif d'hydrolyse thermique en continu avec recirculation de vapeur de recuperation
CN103755124A (zh) * 2014-01-23 2014-04-30 杭州互惠环保科技有限公司 基于水热碳化的污泥处理方法
CN103936251B (zh) * 2014-04-03 2015-07-01 西安交通大学 一种基于热水解技术的污泥脱水系统及工艺

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Publication number Publication date
US20170210625A1 (en) 2017-07-27
CN106687418B (zh) 2021-08-03
AU2016273354A1 (en) 2017-02-09
WO2016193462A1 (fr) 2016-12-08
DK3152167T3 (da) 2021-10-04
FR3037056B1 (fr) 2019-11-29
US10427130B2 (en) 2019-10-01
AU2016273354B2 (en) 2021-07-01
EP3152167B1 (fr) 2021-08-04
CN106687418A (zh) 2017-05-17
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