ES2954537T3 - Método de producción de combustibles a partir de biomasa, de carbones baja calidad y de desechos, residuos y lodos de depuradoras de aguas residuales - Google Patents
Método de producción de combustibles a partir de biomasa, de carbones baja calidad y de desechos, residuos y lodos de depuradoras de aguas residuales Download PDFInfo
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para la eliminación de componentes inorgánicos como potasio, sodio, cloro, azufre, fósforo y metales pesados, a partir de biomasa de origen rural o forestal o urbano o incluso mezclas de biomasas de diferente origen, a partir de carbones de baja calidad como turba, lignito y carbones subbituminosos/bituminosos, procedentes de residuos/desechos de origen urbano/industrial, que puedan incluir tanta carga orgánica - >5 % peso - como inorgánica - <95 % peso - y procedentes de lodos de depuradoras. El objetivo deseado se consigue con el tratamiento fisicoquímico de la materia prima. El método también puede incluir el tratamiento térmico, que puede preceder o seguir al fisicoquímico. La aplicación del tratamiento térmico depende de la naturaleza y características particulares de cada materia prima así como del análisis de viabilidad de todo el proceso para determinar el punto de optimización en cada caso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de producción de combustibles a partir de biomasa, de carbones baja calidad y de desechos, residuos y lodos de depuradoras de aguas residuales
La presente invención se refiere a un método para el pretratamiento de materias primas, es decir, la eliminación de componentes inorgánicos, que incluyen metales pesados de las materias primas, en particular de la biomasa de origen agrícola/forestal/urbano o incluso mezclas de biomasas de diferente origen, de carbones de baja calidad como turba, lignito o carbones sub-bituminosos y/o bituminosos, de residuos y desechos de origen urbano y/o industrial y de lodos de plantas depuradoras de aguas residuales, para la producción de materiales limpios para la conversión termoquímica con vistas a la producción de energía y/o o combustibles. Los componentes inorgánicos que se eliminan pueden ser potasio, sodio, cloro, azufre y fósforo y los metales pesados pueden ser zinc, mercurio, cobre, plomo y cromo. Los residuos y desechos de origen urbano y/o industrial pueden contener tanto carga orgánica (>5 % del peso) como inorgánica (≤95 % del peso).
Los problemas que se originan hoy en día durante la incineración termoquímica, combustión, gasificación y pirólisis de la biomasa se deben principalmente a la composición de las cenizas que contiene la biomasa. Estos problemas aparecen especialmente cuando la biomasa proviene de medios agrícolas, forestales y urbanos como los diversos tipos de paja, y de residuos agroindustriales como algodón, aceitunas, cacahuetes, etc., así como de podas y maderas de árboles utilizadas en la construcción y producción de muebles. Las cenizas de dicha biomasa son muy ricas en metales alcalinos, cloro, azufre y fósforo. Por lo tanto, los gases, líquidos y sólidos producidos durante la conversión termoquímica de la biomasa tienden a reaccionar entre sí y con cualquier otro componente inorgánico que esté presente durante la conversión, así como con las superficies metálicas del reactor causando problemas de corrosión, deposición y aglomeración. La conversión de la biomasa también produce emisiones de gases, que dan como resultado grandes pérdidas financieras, problemas medioambientales así como la imposibilidad de utilizar la biomasa a gran escala, ya sea sola o en combinación con combustibles sólidos, líquidos y gaseosos para la producción de energía, combustibles líquidos y productos químicos.
Aparecen problemas similares durante el uso de carbones de baja calidad como turba, lignito y carbones subbituminosos/bituminosos, que se utilizan principalmente para la generación de calor y energía a gran escala, así como durante la conversión termoquímica de residuos/desechos de origen urbano e industrial y lodos de depuradoras de aguas residuales para su tratamiento/neutralización/eliminación segura, económica y beneficiosa para el medio ambiente.
En particular, las cenizas de los combustibles de carbón de baja calidad también son ricas en metales alcalinos, cloro y azufre, por lo que la composición de las cenizas difiere dependiendo de la calidad del carbón y las características específicas de cada depósito de carbón. Esto crea problemas similares, pero de menor magnitud, en comparación con los problemas relacionados con el uso de la biomasa, que sin embargo conducen a grandes pérdidas financieras, problemas medioambientales y una eficacia limitada en el uso de dichos carbones, así como problemas en su aplicación, como en el caso de la gasificación de lignito con alto contenido en sodio y cloro, para la producción de energía y/o combustibles líquidos y productos químicos.
Además, las cenizas de los residuos/desechos de origen urbano/industrial, así como de los lodos de las plantas depuradoras de aguas residuales, son muy ricas en metales alcalinos, cloro, azufre, fósforo y metales pesados, p. ej. zinc, plomo, cobre, cromo, etc. Por lo tanto, los gases, líquidos y sólidos producidos durante la conversión termoquímica de los residuos/desechos o lodos antes mencionados tienden a reaccionar entre sí o con cualquier otro material inorgánico presente, así como con las superficies metálicas de los reactores provocando problemas de corrosión, deposición, aglomeración y emisión de gases. Estos fenómenos son responsables de grandes pérdidas financieras, problemas medioambientales, bajos rendimientos de conversión, de manera que estas tecnologías no son viables a menos que estén subvencionadas, así como la imposibilidad de utilizar estos tipos específicos de residuos/desechos y lodos a gran escala, ya sea solos o en combinación con otros combustibles sólidos o gaseosos para la producción eficaz de energía, combustibles líquidos y productos químicos. Además, la presencia de una gran cantidad de cloro en la estructura de los materiales poliméricos/plásticos como el poli(cloruro de vinilo) (PVC), que constituye un gran porcentaje de los materiales plásticos contenidos en los residuos/desechos sólidos, da como resultado la producción de grandes cantidades de dioxinas (PCDD) y furanos (PCDF), que son extremadamente perjudiciales para la salud humana y todos los demás tipos de vida. La captura/destrucción de estos contaminantes antes de que sean emitidos al medio ambiente requiere la aplicación de tecnologías costosas incluso con el riesgo de un posible accidente.
La solución de los problemas antes mencionados dará como resultado un uso más amplio de la biomasa para la producción de energía, combustibles líquidos y productos químicos, así como un uso más económico y eficaz del carbón con grandes beneficios económicos y medioambientales, especialmente hoy en día, cuando el coste de la energía está aumentando mientras existe una necesidad urgente de reducir los gases de efecto invernadero procedentes de los combustibles sólidos para hacer frente al efecto invernadero. Se espera que el uso generalizado de biomasa y el uso más eficaz de carbones de baja calidad, que se aplican en la generación de energía, contribuyan decisivamente no sólo a la reducción de los gases de efecto invernadero, sino también a la reducción de los costes de producción de energía y combustibles.
Además, en el caso de los residuos/desechos de origen urbano e industrial, así como de los lodos de plantas depuradoras de aguas residuales, la solución de los problemas antes mencionados redundará en la posibilidad de un uso más amplio de estos tipos de residuos/desechos y lodos específicos a gran escala, ya sea solos o en combinación con combustibles sólidos y gaseosos para la generación de energía/calor, combustibles líquidos y producción de productos químicos con grandes beneficios económicos y medioambientales. Además, contribuirá considerablemente a la protección del medio ambiente al evitar la acumulación de este tipo de materiales en vertederos de residuos y al reducir la importación de energía, especialmente hoy en día, cuando el coste de la energía importada parece aumentar, mientras existe una necesidad urgente de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de los combustibles sólidos para hacer frente al efecto invernadero.
Las técnicas y métodos actualmente aplicados para abordar estos problemas sólo han tenido un éxito limitado y, como consecuencia, el uso de biomasa en la conversión termoquímica parece ser muy limitado en todo el mundo y también restringido principalmente al uso de materias primas como la madera, que provoca el menor número de problemas. En lo que respecta al uso de carbones de baja calidad, los problemas específicos limitan su eficacia de conversión termoquímica y conducen al uso de mayores cantidades de materia prima para la producción de energía y combustibles/productos químicos, lo que resulta en un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y la explotación financieramente ineficaz de los yacimientos de carbón con mayor contenido de metales alcalinos, cloro y azufre. Un método que minimiza relativamente los problemas antes mencionados se describe en el documento PCT/EP2008/058220, que se ha publicado como WO 2009/003920 A1. El documento WO 2009/003920 A1 se refiere a una metodología destinada a la eliminación de los componentes nocivos de las cenizas de biomasa, como metales alcalinos, cloro y azufre, antes de su conversión termoquímica, con el fin de minimizar/eliminar la corrosión relacionada con las cenizas, los problemas de deposición y aglomeración, así como las emisiones de metales alcalinos, cloro y azufre. Esta eliminación se logra mediante un método de pretratamiento combinado que incluye la prepirólisis de la biomasa a temperaturas que varían en el rango de 200-300 °C y durante un período de 5 min a 2 h, seguido de la lixiviación de los materiales de la biomasa utilizando agua con una relación de masa sólida/agua que varía desde 33 g/l hasta 300 g/l, variando la temperatura del agua desde 13 °C hasta 55 °C y variando el tiempo de residencia desde 5 min hasta 24 h.
Además, la explotación termoquímica de residuos/desechos de origen urbano/industrial, así como de lodos de depuradoras de aguas residuales mediante incineración termoquímica para la producción principalmente de calor y en menor medida de electricidad, es una solución de alto coste y baja eficacia energética debido a los problemas que se originan por su composición de cenizas y la presencia de cloro en la estructura orgánica de los materiales poliméricos. Como resultado, el porcentaje de residuos/desechos de origen urbano/industrial, así como de lodos de depuradoras de aguas residuales utilizados en relación con esta tecnología, es relativamente bajo y nunca supera el 50-60 % de las cantidades producidas.
El objetivo de la presente invención es resolver los problemas antes mencionados, mejorar las propiedades de las materias primas y minimizar e incluso eliminar las emisiones de gases y los problemas de corrosión, deposición y aglomeración que se producen durante su conversión termoquímica. La materia prima puede ser una biomasa de origen agrícola/forestal/urbano o incluso una mezcla de biomasas de diferente origen, carbones de baja calidad como turba, lignito o carbones sub-bituminosos y/o bituminosos, residuos y desechos de origen urbano y/o industrial, que es posible que incluyan tanta carga orgánica (>5 % del peso) como inorgánica (≤95 % del peso) y lodos de plantas depuradoras de aguas residuales. La presente invención logra la eliminación de los componentes nocivos de las cenizas de biomasa de origen agrícola/forestal/urbano, de carbones de baja calidad como turba, lignito y carbones sub-bituminosos y bituminosos y residuos/desechos de origen urbano/industrial, así como lodos de plantas depuradoras de aguas residuales, cuyos componentes nocivos pueden ser metales alcalinos, cloro, azufre y fósforo, metales pesados como Cu, Pb, Zn, Cr, Hg y cloro orgánico, que está presente en la estructura de los materiales poliméricos en el caso de los residuos/desechos de origen urbano e industrial. La eliminación se realiza antes de la conversión termoquímica de las materias primas para mejorar el material, para minimizar/eliminar los problemas de corrosión, deposición, aglomeración de cenizas así como de emisiones de metales alcalinos, cloro, azufre y metales pesados (Cu, Pb, Zn, Cr, Hg), las emisiones de dioxinas y furanos (PCDD, PCDF). Otro objetivo de la invención es la producción de un material hidrófobo, de baja humedad, fácil de moler y mezclar con otros diversos materiales en diferentes proporciones, de fácil aplicación en los sistemas de alimentación utilizados en las calderas comerciales para la producción de energía y fácilmente peletizado, incluso combinado con otros diversos materiales en diferentes proporciones con un bajo consumo de energía.
La invención reivindicada se define en la reivindicación independiente 1. Las características de las reivindicaciones dependientes aportan ventajas adicionales a la invención. El objetivo deseado se consigue con el pretratamiento fisicoquímico de la materia prima. El método también puede incluir el proceso térmico, que puede ser previo o posterior al fisicoquímico. La aplicación del pretratamiento térmico depende de la naturaleza y las características particulares de cada materia prima.
En consecuencia, la invención ahora reivindicada, que se define en las reivindicaciones adjuntas, se refiere a un método para la eliminación de componentes inorgánicos de una materia prima para la producción de materiales limpios, donde la materia prima es biomasa, carbón, residuos de origen urbano o industrial, desechos de origen urbano o industrial, o lodos de depuradoras de aguas residuales, o cualquier combinación de los mismos, y el método comprende:
preparar una disolución acuosa que contiene una o más sales orgánicas y/o inorgánicas de calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio, en donde la concentración de la(s) sal(es) en la disolución acuosa varía del 0,1 % al 30 % p/p en el volumen de agua; y
lavar la materia prima con la disolución acuosa,
en donde el lavado se realiza en una relación de materia prima respecto de disolución acuosa de 33 g/l hasta 600 g/l, a una temperatura que varía de 13 °C a 95 °C, y en un tiempo de lavado que varía de 5 minutos a 24 horas.
En algunas realizaciones, la materia prima comprende al menos un compuesto carboxílico, que contiene hidrógeno, y el método incluye la etapa de reemplazar los átomos de hidrógeno en la estructura del compuesto carboxílico con calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio mediante el lavado con la disolución acuosa.
En algunas realizaciones, la materia prima comprende al menos un compuesto carboxílico, que contiene elementos inorgánicos, y el método incluye la etapa de eliminar los elementos inorgánicos de los compuestos carboxílicos y reemplazarlos con calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio mediante el lavado con la disolución acuosa.
En algunas realizaciones, la concentración de la(s) sal(es) en la disolución acuosa varía del 0,1 % al 2 % p/p en el volumen de agua.
En algunas realizaciones, el lavado de la materia prima se lleva a cabo con la disolución acuosa que además contiene uno o más ácidos orgánicos y/o inorgánicos.
En algunas realizaciones, la disolución acuosa contiene acetato de calcio y/o acetato de magnesio y/o acetato de aluminio y/o acetato de amonio y/o acetato de titanio.
En algunas realizaciones, el ácido se selecciona del grupo que consiste en ácido cítrico, ácido málico, ácido benzoico, ácido fosfórico, ácido nítrico y combinaciones de los mismos.
En algunas realizaciones, el lavado se realiza con una relación de materia prima respecto de disolución acuosa de 150 g/l a 400 g/l. Preferiblemente, el lavado se realiza a una temperatura que varía desde 55 °C hasta 80 °C.
En algunas realizaciones, el lavado se realiza en un tiempo de lavado que varía de 10 minutos a 35 minutos mientras la materia prima se agita en un reactor.
En algunas realizaciones, el lavado de la materia prima se realiza sucesivamente en diferentes disoluciones acuosas. En algunas realizaciones, el método incluye además el tratamiento térmico de la materia prima, y el tratamiento térmico de la materia prima se realiza en una atmósfera de nitrógeno y con la presencia de oxígeno y/o aire, que está limitado a menos del 40 % de la cantidad que se requiere para la combustión estequiométrica de estos materiales.
En algunas realizaciones, el tratamiento térmico precede al lavado.
En algunas realizaciones, el tratamiento térmico sigue al lavado.
En algunas realizaciones, el tratamiento térmico de la materia prima se realiza a temperaturas desde 200 °C hasta 350 °C durante un tiempo de residencia en el rango específico de temperaturas que varía de 5 minutos a 2 horas, y la humedad de la materia prima es inferior al 30 % en base húmeda.
En algunas realizaciones, la materia prima consiste en partículas, cuyo tamaño varía desde algunas micras hasta 15 cm; o la materia prima está formada por partículas cuyo tamaño es inferior a 3 cm.
En la presente memoria se describe que el método para la eliminación de componentes inorgánicos de la materia prima para la producción de materiales limpios, donde la materia prima es biomasa o carbón o residuos o desechos o lodos o cualquier combinación de los mismos, incluye el lavado de la materia prima con una disolución acuosa que contiene sales orgánicas y/o inorgánicas. Según la invención, la disolución acuosa contiene una o más sales orgánicas y/o inorgánicas de calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio, donde la concentración de la(s) sal(es) en la disolución acuosa varía del 0,1 % al 30 % p/p en el volumen de agua. El lavado de la materia prima se puede realizar con una disolución acuosa que contiene no sólo sales orgánicas y/o inorgánicas sino también ácidos orgánicos y/o inorgánicos. La concentración de las sales en la disolución acuosa o la concentración de las sales y los ácidos en la disolución acuosa, si la disolución contiene tanto sales como ácidos, varía del 0,1 % al 30 % p/p en el volumen de agua, y los mejores resultados se logran cuando la concentración varía entre el 0,1 % y el 2 % p/p en el volumen de agua.
Antes o después del lavado, la materia prima puede sufrir un pretratamiento térmico. Según un ejemplo de la invención, la eliminación de los componentes inorgánicos de la materia prima se realiza exclusivamente mediante lavado y la materia prima no sufre un pretratamiento térmico.
El pretratamiento térmico de la materia prima se puede realizar en ausencia de aire, en una atmósfera de nitrógeno a temperaturas desde 200 °C hasta 350 °C durante un tiempo de residencia en el rango específico de temperaturas que varía de 5 min a 2 h, mientras que la humedad de la materia prima debe ser inferior al 30 % en base húmeda. Los mejores resultados se pueden lograr entre 250 °C y 320 °C, mientras que el tiempo de residencia en este rango específico de temperaturas varía de 5 a 40 min.
El pretratamiento térmico de la materia prima también puede realizarse en ausencia de aire, en una atmósfera de nitrógeno y/o con la presencia de una pequeña cantidad de oxígeno/aire, que se limita a menos del 40 % de la cantidad que se requiere para la oxidación estequiométrica de estos materiales.
El lavado de la materia prima se puede realizar con una disolución acuosa que contiene sales orgánicas y/o inorgánicas de aluminio y/o titanio. En otra realización de la invención, el lavado de la materia prima se realiza sucesivamente en diferentes disoluciones acuosas. El agua que se utiliza para el lavado puede ser de cualquier origen, p. ej. del sistema público de suministro de agua, mientras que el lavado se realiza en una relación de materia prima respecto de disolución acuosa de 33 g/l hasta 600 g/l. Esto depende de las características fisicoquímicas de cada materia prima como la densidad, el contenido de humedad, el tamaño de partícula, etc.
En algunas realizaciones, el lavado se puede realizar con una relación de materia prima respecto de disolución acuosa desde 150 g/l hasta 400 g/l. Según la invención, el lavado se realiza a una temperatura que varía de 13 °C a 95 °C, preferiblemente de 55 °C a 80 °C, y el tiempo de lavado varía de 5 min a 24 h. Preferiblemente, el lavado se realiza en un tiempo de lavado que varía de 10 min a 35 min mientras la materia prima se agita en el reactor.
La materia prima consiste preferentemente en partículas con un tamaño que varía desde algunas micras hasta 10 cm, pero preferentemente con un tamaño de partícula inferior a 3 cm.
A continuación se describen las realizaciones de la invención y los ejemplos de aplicación de los métodos según la invención:
En el caso de la biomasa de origen agrícola/forestal/urbano o las mezclas de biomasas de diferentes orígenes, y de carbones de baja calidad como turba, lignito o carbones sub-bituminosos y/o bituminosos, se produce una biomasa limpia y un carbón libre de metales alcalinos y cloro y con concentraciones mucho menores de azufre, fósforo y metales pesados como zinc, plomo, mercurio, etc. después de que este tipo de materias primas se sometan a un pretratamiento fisicoquímico. En este caso, los componentes inorgánicos se eliminan de las materias primas durante el pretratamiento fisicoquímico. En el caso de los residuos/desechos de origen urbano/industrial, el pretratamiento térmico elimina el cloro de la estructura de los materiales poliméricos, para la producción de un material de baja humedad, hidrófobo, fácil de moler y que se mezcla fácilmente con otros materiales en diferentes proporciones, que puede aplicarse fácilmente en los sistemas de alimentación utilizados en las calderas comerciales para la producción de energía y peletizarse fácilmente incluso combinado con otros diversos materiales en diferentes proporciones con un bajo consumo de energía.
Después de la etapa térmica/termoquímica, el material producido se caracteriza como biocarbón, en el caso de que la biomasa sea el material pretratado, como carbón sintético en el caso de que el material pretratado sean residuos o desechos o lodos de depuradoras de aguas residuales, y como carbón mejorado en el caso de que el material pretratado sean carbones.
Durante el proceso térmico/termoquímico, los tipos específicos de biomasa, los carbones de baja calidad, los residuos/desechos de origen urbano/industrial y los lodos de depuradoras de aguas residuales se calientan en una atmósfera de nitrógeno en ausencia de aire o con la presencia de una pequeña cantidad de oxígeno/aire, que está limitada a menos del 40 % de la cantidad que se requiere para la oxidación estequiométrica de estos materiales, a temperaturas desde 200 °C hasta 350 °C, y los mejores resultados más atractivos económicamente se logran entre 250 °C y 320 °C, durante períodos de tiempo que varían de 5 min a 2 h, y se consiguen los mejores resultados más atractivos económicamente entre 5 y 40 min de tiempo de residencia en este rango específico de temperaturas. La humedad del material pretratado debe ser inferior al 30 % en base húmeda para un pretratamiento eficaz del material. El tamaño de partícula de la materia prima puede variar desde algunas micras hasta 15 cm para que el pretratamiento tenga los mejores resultados posibles. Este tratamiento térmico/termoquímico, que se denomina prepirólisis y en caso de utilizar la pregasificación a baja temperatura con oxígeno/aire, consigue el craqueo de la estructura orgánica de diversos tipos de biomasa, carbones de baja calidad, residuos/desechos de origen urbano/industrial y lodos de depuradoras de aguas residuales y su conversión en un material con mayor contenido de carbono fijo y menor contenido de materia volátil, al tiempo que produce una pequeña cantidad de gases que consisten principalmente de agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, así como algunos componentes orgánicos ligeros, que pueden quemarse en una caldera o en un motor de combustión interna. El calor y los gases de escape producidos por este motor se utilizan para cubrir la demanda energética de la prepirólisis/pregasificación, que de esta manera se vuelve energéticamente autosuficiente. Además, el contenido total de cloro, en forma de clorhidrato, de la estructura orgánica de la biomasa y los carbones de baja calidad, y, en el caso de los residuos/desechos de origen urbano/industrial, el contenido total de cloro de la estructura orgánica del poli(cloruro de vinilo), se libera como clorhidrato en fase gaseosa que se puede absorber en materiales inorgánicos adecuados, como óxido de calcio y óxido de magnesio, produciendo así sales de cloruro seguras e inertes, lo que evita su liberación al medio ambiente. Por esta razón, la corriente de gas
producida pasa a través de un reactor que contiene el material de relleno apropiado, como óxido de calcio y óxido de magnesio, para la reacción de unión particular.
Los diversos tipos de biomasa, carbones de baja calidad, residuos/desechos de origen urbano/industrial y lodos de depuradoras de aguas residuales parecen tener una pérdida de masa que varía del 5 % al 40 % en base seca dependiendo de las condiciones aplicadas, mientras que en el caso óptimo es inferior al 20 %. La pérdida de poder calorífico varía del 5 % al 30 % y en condiciones óptimas aproximadamente del 7-15 %.
La etapa de prepirólisis/pregasificación se puede realizar con el uso de reactores de diferentes principios operativos, que están disponibles comercialmente y se utilizan para otros fines, tales como reactores de lecho fluidizado, reactores de lecho fijo, reactores centrífugos, reactores de lecho móvil, etc.
Durante la etapa de aplicación del pretratamiento fisicoquímico los tipos de biomasa, los carbones de baja calidad, los lodos de depuradoras de aguas residuales así como la muestra de biomasa prepirolizada/pregasificada procedente de carbones de baja calidad, residuos/desechos de origen urbano/industrial así como de lodos de depuradoras de aguas residuales se lavan con una disolución acuosa orgánica y/o inorgánica.
El pretratamiento de lavado se realiza con el uso de reactores comerciales, que se utilizan en diversas aplicaciones industriales como la hidrólisis de biomasa, la fermentación en el caso de la producción de bioetanol, así como en cada aplicación que aplica la extracción líquido/sólido y/o líquido/líquido.
Con la ayuda de un sistema de agitación y/o una mezcla intensa del líquido/sólido, es posible una reacción más rápida para eliminar eficazmente de las materias primas los metales alcalinos, cloro, azufre, fósforo, así como los metales pesados con un menor tiempo de residencia de la materia prima en el reactor.
Preferiblemente, la materia prima tiene tamaños de partículas que varían desde algunas micras hasta 3 cm, mientras que los mejores resultados se logran para tamaños de partículas inferiores a 8 mm.
Todos los ácidos orgánicos solubles en agua (es decir, monocarbónicos y/o policarbónicos, saturados y/o insaturados, los que tienen un anillo aromático tales como ácido benzoico, ácido cítrico, málico), así como todos los ácidos inorgánicos tales como el ácido fosfórico y ácido nítrico, se pueden combinar con los de sus sales de calcio, magnesio, aluminio, titanio y amonio que son solubles en agua. Para la preparación de la disolución acuosa para el lavado de la materia prima, los elementos solubles antes mencionados se mezclan con agua, por lo que el peso de los elementos solubles es del 0,1 % al 30 % del peso del agua.
Como ejemplo, la disolución acuosa puede contener sales de acetato de calcio y/o acetato de magnesio y/o acetato de aluminio y/o acetato de amonio y/o acetato de titanio, que pueden estar en combinación con ácidos, tales como ácido acético.
Las proporciones utilizadas de disolvente orgánico y/o inorgánico varían desde el 0,1 % hasta el 30 % en peso en la disolución acuosa. Los mejores y más económicos resultados se pueden lograr con proporciones en el rango del 0,1 % al 2 % en peso (p/p).
Estos ácidos orgánicos y/o inorgánicos tales como ácido acético, ácido nítrico, etc. y los provenientes de sus sales de calcio, magnesio, aluminio, titanio y amonio que son solubles en agua se pueden mezclar entre sí en proporciones que varían desde el 0 % hasta el 100 % para formar el disolvente activo que se utilizará en la preparación de la disolución acuosa. Además, se pueden utilizar para sucesivas extracciones de forma que se consiga el resultado deseado.
Es esencial que los ácidos orgánicos y/o inorgánicos aplicados se usen en combinación con algunas de sus sales orgánicas y/o inorgánicas solubles en agua de modo que se logre el resultado deseado, mientras que las sales orgánicas y/o inorgánicas solubles en agua de los respectivos ácidos orgánicos y/o inorgánicos se pueden usar sin la adición del ácido orgánico y/o inorgánico. Las diversas sales y ácidos se pueden mezclar en una proporción del 0-100 % siempre que no existan problemas de compatibilidad o reacciones indeseables.
La razón por la que los ácidos orgánicos y/o inorgánicos no se pueden usar sin sales es que cuando se usan, eliminan del material pretratado, además de los componentes inorgánicos problemáticos como metales alcalinos, cloro, azufre, etc., componentes inorgánicos como calcio y magnesio, que son esenciales durante la etapa de conversión termoquímica por su actividad catalítica para la conversión del carbono fijado y para la conversión total del material reaccionante.
Las proporciones utilizadas durante la extracción y el uso o no de extracciones sucesivas dependen del tipo y la composición de la materia prima, así como de las propiedades deseadas del material pretratado, como la composición de las cenizas, el punto de fusión de las cenizas y el contenido de cenizas en el material producido. Para la preparación de las disoluciones acuosas se puede utilizar cualquier tipo de agua del grifo de una red pública de abastecimiento de agua, manantial, río, lago, etc. La relación líquido respecto del sólido varía desde 33 g/l hasta 600 g/l a temperaturas desde 13 °C hasta 95 °C y un tiempo de residencia que varía desde 5 min hasta 24 h. Los resultados óptimos se pueden lograr con una relación de líquido respecto del sólido que varía de 150 g/l a 400 g/l a temperaturas de 55 °C a
80 °C y un tiempo de residencia que varía de 10 min a 35 min, con agitación intensa dentro del reactor con mezcla intensa de la materia prima con la disolución acuosa. La relación líquido respecto del sólido, la temperatura y la duración del pretratamiento, así como el tipo y la concentración del disolvente orgánico y/o inorgánico soluble en agua utilizados dependen de los distintos tipos de biomasa, los carbones de baja calidad y los residuos/desechos de origen urbano/industrial, así como los lodos de depuradoras de aguas residuales. Durante el pretratamiento con la disolución acuosa de disolvente orgánico y/o inorgánico que se prepara mezclando los respectivos ácidos orgánicos y/o inorgánicos solubles en agua con las sales orgánicas/inorgánicas solubles en agua, los metales alcalinos solubles en agua, azufre, fósforo, metales pesados (Cu, Pb, Zn, Cr, Hg) y cloro se transfieren a la fase acuosa y se eliminan del material pretratado. Estos componentes inorgánicos se encuentran en forma de sales de cloruro, sales sulfúricas y sales de carbonato, que son en gran medida solubles en agua y, por tanto, se disuelven en el disolvente acuoso en determinadas condiciones. Simultáneamente, los metales alcalinos, azufre, fósforo, metales pesados (Cu, Pb, Zn, Cr, Hg) y cloro que se encuentran en la estructura orgánica de los compuestos como las sales carboxílicas reaccionan con el disolvente orgánico y/o inorgánico que se forma mediante la mezcla de los respectivos ácidos orgánicos y/o inorgánicos solubles en agua con las sales orgánicas/inorgánicas solubles en agua a través de reacciones de intercambio iónico y se reemplazan por iones de hidrógeno, calcio, magnesio, aluminio, amonio y titanio en la estructura del material orgánico. Al mismo tiempo, las sales orgánicas y/o inorgánicas pueden reemplazar los átomos de hidrógeno en la estructura de los compuestos carboxílicos formando sales carboxílicas adicionales, de calcio, magnesio, aluminio, amonio y titanio, aumentando de esta manera la concentración de calcio, magnesio, aluminio y titanio en las cenizas del material pretratado. Este hecho da como resultado el aumento de la proporción de componentes inorgánicos que pueden actuar como catalizadores durante el proceso de conversión termoquímica y puede potencialmente aumentar la actividad de los materiales pretratados. Además, da resultado el aumento de la concentración de componentes inorgánicos como magnesio, aluminio, titanio y calcio, lo que aumenta considerablemente la temperatura de fusión de las cenizas del material pretratado y elimina los problemas de fusión, aglomeración y corrosión. Se elimina adicionalmente una cantidad de compuestos disolventes inorgánicos en un ambiente ácido, como sales de carbonato y otros, debido al carácter ácido de la disolución. Una vez finalizado el pretratamiento de lavado, el material se seca combinando procesos de separación mecánica de modo que la humedad en el material pretratado se reduce hasta un 40-55 % en base húmeda y luego se seca en secadoras rotativas o de otro tipo hasta que disminuye la humedad en el grado requerido para una mayor conversión termoquímica, en el caso de la combustión, hasta un 10 %, mientras que en el caso de la gasificación es hasta un 20 % en base húmeda.
En caso de que el proceso fisicoquímico preceda al térmico/termoquímico, el material pretratado debe secarse hasta un 30 % en peso en base húmeda para que pueda usarse de manera eficaz en la etapa de pretratamiento térmico/termoquímico.
El material producido está prácticamente libre de cloro y metales alcalinos en forma de sales solubles en agua y sales de ácidos orgánicos, que constituyen los tipos más activos de metales alcalinos que causan problemas de emisión, corrosión/aglomeración y que en algunas de las materias primas pueden constituir el 100 % de la cantidad existente en ellas, a la vez que contiene un contenido significativamente menor de azufre, un contenido de fósforo que varía entre el 20-80 % del contenido inicial, así como un contenido significativamente menor de metales pesados como zinc, plomo, cobre, mercurio y cromo (Cu, Pb, Zn, Cr, Hg), que varía entre el 20-90 % del contenido inicial. La tasa de reducción de azufre, fósforo y metales pesados después del pretratamiento del producto final depende del tipo de materia prima y de la composición de sus cenizas. En particular, la tasa de reducción de estos elementos depende del porcentaje de elementos inorgánicos solubles en agua y los combinados con la estructura del material orgánico, es decir, como sales carboxílicas, junto con su contenido total en la materia prima. En cualquier caso, todos los componentes inorgánicos solubles en agua, así como aquellos que pueden dar reacciones de intercambio iónico debido a su presencia en la estructura orgánica de las materias primas, se eliminan casi en un 100 %. Estos componentes inorgánicos son los componentes activos que causan los problemas más importantes de corrosión, deposición y aglomeración, así como las emisiones de gases durante la conversión termoquímica. Su eliminación conduce a una reducción/eliminación significativa de los problemas existentes. El disolvente orgánico y/o inorgánico utilizado así como las nuevas sales y ácidos orgánicos y/o inorgánicos formados durante el pretratamiento se recuperan durante el proceso de secado del material pretratado y se separan/reciclan en el proceso.
La recuperación de los componentes orgánicos y/o inorgánicos se puede realizar no sólo con el uso de métodos tales como destilación azeotrópica sino también con la aplicación de técnicas de evaporación y condensación/sedimentación. Además, el uso de resinas de intercambio iónico puede ofrecer una ayuda significativa a la recuperación de los materiales útiles y al reciclaje de los componentes orgánicos y/o inorgánicos activos. El método óptimo dependerá del tipo de componentes orgánicos y/o inorgánicos utilizados/producidos.
El residuo acuoso que queda después de la separación de los compuestos orgánicos y/o inorgánicos, que se utilizan para la preparación de la disolución acuosa para el pretratamiento de las distintas materias primas, es rico en metales alcalinos, cloro y fósforo, aunque puede utilizarse como fertilizante de alta calidad. En el caso de los residuos/desechos de origen urbano/industrial, así como los lodos de depuradoras de aguas residuales, contiene concentraciones importantes de metales pesados. Los metales pesados deben eliminarse primero mediante procesos de sedimentación, coagulación y/o con el uso de otras tecnologías disponibles antes de que el residuo acuoso pueda usarse como fertilizante.
Se estima que el pretratamiento fisicoquímico de 100.000 (cien mil) toneladas de biomasa rural con esta tecnología específica podrá producir más de 1000 (mil) toneladas de fertilizantes sólidos de potasio, cloro y fósforo.
El material producido después de ambos pretratamientos tiene las siguientes características: menor humedad y carácter hidrófobo debido a la destrucción de los enlaces de hidrógeno durante el pretratamiento térmico en el caso de la biomasa, los residuos/desechos de origen urbano/industrial así como los lodos de depuradoras de aguas residuales y debido a la eliminación de una gran parte del contenido de humedad, que puede superar el 40 % en el caso del carbón y de los lodos de depuradoras de aguas residuales. La reducida resistencia a la molienda y la facilidad de pulverización que facilita la mezcla con otros materiales (carbón, biomasa) son otras características del material pretratado. Se aumenta el contenido de carbono fijo y disminuye el contenido de materia volátil, mientras que se conserva el 80-90 % del poder calorífico inicial. Después del lavado, el material pretratado está libre de cloro y formas activas de metales alcalinos y contiene cantidades significativamente menores de azufre, fósforo y metales pesados que varían en un 20-90 % en comparación con los materiales iniciales, dependiendo de la composición de sus cenizas.
Como resultado, se observa una cantidad casi nula (≤0,01 % en las cenizas) de cloro y metales alcalinos activos (≤0,1 % en las cenizas) y, por lo tanto, se evitan problemas de corrosión, deposición y aglomeración debidos al cloro, metales alcalinos y sus compuestos. Se reducen significativamente o incluso se eliminan las emisiones de azufre, fósforo, metales pesados (Cu, Pb, Zn, Cr, Hg), dioxinas y furanos sin necesidad de aplicar tecnologías de alto coste y, en consecuencia, se logra un coste significativamente menor y una mayor protección medioambiental, lo que da como resultado la reducción sustancial y/o eliminación de los contaminantes en fase gaseosa, así como de los problemas de corrosión, deposición y aglomeración causados por los metales alcalinos/cloro/azufre/fósforo/metales pesados contenidos en las cenizas de los diversos tipos de biomasa, los carbones de baja calidad, los residuos/desechos de origen urbano/industrial así como los lodos de depuradoras de aguas residuales. Los resultados obtenidos de los experimentos a escala de laboratorio han demostrado que las emisiones de cloro y metales alcalinos siempre son cercanas a cero, sin importar cuáles sean las materias primas tratadas. El azufre puede ser cercano a cero o estar significativamente reducido en comparación con la materia prima inicial dependiendo de los tipos de biomasa de origen agrícola/forestal/urbano, los carbones de baja calidad como turba, lignito y carbones sub-bituminosos y bituminosos, los residuos/desechos de origen urbano/industrial y los lodos de depuradoras de aguas residuales, así como de la composición de sus cenizas.
Los siguientes ejemplos se presentan con el fin de mostrar el efecto de la invención sobre biomasa de origen rural, sobre carbones de baja calidad como los lignitos así como sobre residuos de origen urbano.
Ejemplo 1
La madera de huesos de aceituna procedente de una planta de producción de aceite de orujo de oliva de Mesenia (GR) se prepiroliza a 300 °C durante 1 h en un reactor de lecho fijo a escala de laboratorio en una atmósfera de nitrógeno.
Posteriormente se aplica un lavado con una disolución acuosa de acetato de calcio al 10 % (p/p) durante 1 h en una relación sólido/líquido de 300 g/l utilizando agua del grifo, con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 70 °C en una placa calefactora. Después del pretratamiento, la muestra se filtra y se seca a 50 °C. La Tabla 1 (véase la columna denominada madera de huesos de aceituna-1) muestra la composición de la madera de huesos de aceituna antes y después del pretratamiento, mientras que la Tabla 2 presenta la composición de su contenido de cenizas antes y después del pretratamiento. El análisis del material pretratado muestra un aumento del carbono fijo y del poder calorífico, mientras que el contenido de materia volátil y oxígeno disminuye. El análisis de las cenizas de la madera de huesos de aceituna mostró que el material pretratado no contiene casi en absoluto cloro ni metales alcalinos en forma soluble en agua y/o en forma de intercambio iónico, la concentración de calcio aumenta, mientras que la concentración de azufre se reduce considerablemente en comparación con el material inicial.
Además del pretratamiento previo, la madera de huesos de aceituna se prepiroliza a 300 °C durante 35 minutos en un reactor de lecho fijo a escala de laboratorio en una atmósfera de nitrógeno. Posteriormente se aplica un lavado con una disolución acuosa de citrato de calcio al 0,4 % (p/p) durante 20 min en una relación sólido/líquido de 150 g/l utilizando agua desionizada, con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 30 °C en una placa calefactora. Después del pretratamiento, la muestra se filtra y se seca a 50 °C. La Tabla 1 (véase la columna denominada madera de huesos de aceituna-2) muestra la composición de la madera de huesos de aceituna antes y después del pretratamiento, mientras que la Tabla 2 presenta la composición de su contenido de cenizas antes y después del pretratamiento. Se observa que las propiedades del material específico son similares a las del material anterior de madera de huesos de aceituna-1, aunque el período de tratamiento térmico ahora es la mitad en comparación con el caso del material de madera de huesos de aceituna-1. El análisis de las cenizas del material de madera de huesos de aceituna-2 mostró que el material pretratado no contiene casi en absoluto cloro ni metales alcalinos en una forma soluble en agua y/o en forma de intercambio iónico, la concentración de calcio aumenta, mientras que la concentración de azufre se reduce considerablemente en comparación con el material inicial.
Ejemplo 2
El lignito de Dakota del Norte (EE. UU.), que tiene una alta concentración de sodio y cloro, se prepiroliza a 300 °C durante 1 h en un reactor de lecho fijo a escala de laboratorio en una atmósfera de nitrógeno. Posteriormente se aplica un lavado con una disolución acuosa de acetato de calcio al 10 % (p/p) durante 1 h en una relación sólido/líquido de 350 g/l usando agua del grifo, con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 70 °C en una placa calefactora. Después del pretratamiento, la muestra se filtra y se seca a 50 °C. La Tabla 1 muestra la composición de la muestra de lignito antes y después del pretratamiento mientras que la Tabla 2 presenta la composición de su contenido de cenizas antes y después del pretratamiento. El análisis de las cenizas de la muestra de lignito mostró que el material tratado no contiene cloro ni metales alcalinos, la concentración de calcio aumenta, mientras que la concentración de azufre se reduce considerablemente en comparación con el material inicial.
TABLA 1. Análisis y caracterización de la madera de huesos de aceituna y del lignito
Madera de huesos de aceituna pretratada-1: prepirolizada a 300 °C durante 1 h
Madera de huesos de aceituna pretratada-2: prepirolizada a 280 °C durante 30 min
TABLA 2. Análisis de las cenizas y caracterización de la madera de huesos de aceituna y lignito
Madera de huesos de aceituna pretratada-1: prepirolizada a 300 °C durante 1 h
Madera de huesos de aceituna pretratada-2: prepirolizada a 280 °C durante 30 min
Ejemplo 3
Se considera una fracción que contiene principalmente plásticos/polímeros, así como algo de papel, cuero y materiales inorgánicos, procedente de residuos sólidos urbanos parcialmente tratados de Atenas. Esta fracción se prepiroliza a 300 °C durante 1 h y luego se lava con una disolución acuosa de acetato de calcio al 2 % (p/p) durante 1,5 h a 70 °C en una relación sólido-líquido de 250 g/l usando agua del grifo con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 70 °C en una placa calefactora. Después del pretratamiento, la muestra se filtra y se seca a 50 °C. En la Tabla 3 se muestra la composición de la fracción de residuos urbanos antes y después de los pretratamientos, mientras que en la Tabla 4 se presenta la composición de su contenido de cenizas antes y después de los pretratamientos. El análisis de las cenizas de la muestra mostró que el material pretratado no contiene cloro ni metales alcalinos, mientras que las concentraciones de azufre y de metales pesados se reducen considerablemente en comparación con el material inicial.
TABLA 3. Análisis y caracterización de la fracción de residuos urbanos
TABLA 4. Análisis de las cenizas y caracterización de la fracción de residuos urbanos
Ejemplo 4
Una serie de desechos y residuos rurales que incluyen madera de huesos de aceituna, paja de trigo, el subproducto de la producción de bioetanol a partir de maíz (DDGS) y pasto varilla se someten a lavados con una disolución acuosa de acetato de calcio al 3 % (p/p) durante 1 h en una relación sólido/líquido de 200 g/L usando agua destilada con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 60-70 °C en una placa calefactora. Después del pretratamiento, la muestra se filtra y se seca a 50 °C. Posteriormente, las muestras en bruto iniciales, así como las pretratadas, se incineran en un horno de alta temperatura a 600 °C. Posteriormente las cenizas producidas se calientan en el mismo horno de alta temperatura para determinar su punto de fusión. El proceso de calentamiento incluye el calentamiento de las cenizas a 800 °C inicialmente durante una hora y luego el calentamiento progresivo a temperaturas más altas utilizando un escalón de temperatura de 100 °C hasta la determinación del punto de fusión, que se declara con el cambio de la forma natural de cada muestra y su vitrificación. La Tabla 5 presenta los puntos de fusión de las cenizas para la materia prima de biomasa en bruto y pretratada. Como se puede observar en la Tabla 5, el punto de fusión de las cenizas de los materiales pretratados aumenta por encima de 500 °C en promedio debido a la eliminación de metales alcalinos, cloro, azufre y fósforo durante el pretratamiento. El mejor comportamiento térmico se observa en el caso de la paja de trigo, que se considera la materia prima de biomasa más difícil para la conversión termoquímica en todo el mundo.
TABLA 5. Comportamiento térmico de las cenizas de la materia prima de biomasa en bruto y pretratada
Ejemplo 5
Una serie de desechos y residuos rurales que incluyen madera de huesos de aceituna, paja de trigo, el subproducto de la producción de bioetanol a partir de maíz (DDGS) y pasto varilla se someten a lavados con una disolución acuosa al 0,5 % (p/p) de ácido cítrico (80 %) y citrato de magnesio (20 %) durante 10 min en una relación sólido/líquido de 150 g/L usando agua destilada con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 20 °C en una placa calefactora. Además, la madera de huesos de aceituna y el pasto varilla se someten a lavados con una disolución acuosa de acetato de aluminio al 0,5 % (p/p) durante 10 min en una relación sólido/líquido de 300 g/L en el caso de la madera de huesos de aceituna y 150 g/L en el caso del pasto varilla usando agua destilada con agitación constante en un vaso de precipitados de 2 L y calentamiento constante a 20 °C en una placa calefactora. Después del pretratamiento, la muestra se filtra y se seca a 50 °C. Posteriormente, las muestras en bruto iniciales así como las pretratadas se incineran en un horno de alta temperatura a 600 °C. Posteriormente las cenizas producidas se calientan en el mismo horno de alta temperatura para determinar su punto de fusión. El proceso de calentamiento incluye el calentamiento de las cenizas a 800 °C inicialmente durante una hora y luego el calentamiento progresivo a temperaturas más altas utilizando un escalón de temperatura de 100 °C hasta la determinación del punto de fusión, que se declara con el cambio de forma natural de cada muestra y su vitrificación. La Tabla 6 presenta los puntos de fusión de las cenizas para la materia prima de biomasa en bruto y pretratada. Como se puede observar en la Tabla 6, el punto de fusión de las cenizas de los materiales pretratados aumenta por encima de 500 °C en promedio debido a la eliminación de metales alcalinos, cloruro, azufre y fósforo durante el pretratamiento. Cuando se utiliza la sal de acetato de aluminio como disolvente para la extracción de elementos inorgánicos, se observa que el punto de fusión de las cenizas de la madera de huesos de aceituna y del pasto varilla aumenta 150 °C adicionales en comparación con el caso en el que se utilizan ácido cítrico y la sal de citrato de magnesio, así como también al usar acetato de calcio como se describe en la Tabla 5 del Ejemplo 4. En ese caso, la temperatura de fusión de las cenizas de la madera de huesos de aceituna y del pasto varilla es incluso mejor en comparación con la paja de trigo, como se observa en la Tabla 6.
TABLA 6. Comportamiento térmico de las cenizas de la materia prima de biomasa en bruto y pretratada:
A) Con ácido cítrico y citrato de magnesio (80/20 %)
B) Con acetato de aluminio
La invención se refiere a un método para la eliminación de los componentes nocivos que están incluidos en las materias primas, es decir, en la biomasa de origen agrícola/forestal/urbano, en los carbones de baja calidad como turba, lignito y carbones sub-bituminosos/bituminosos, en los residuos/desechos de origen urbano/industrial y en los lodos de depuradoras de aguas residuales. La eliminación se realiza antes de la incineración termoquímica, combustión, gasificación y pirólisis de estos materiales.
El método puede reemplazar los átomos de hidrógeno en la estructura del compuesto carboxílico que se encuentran en la materia prima con átomos de elementos inorgánicos. El método elimina los elementos inorgánicos de los compuestos carboxílicos presentes en la materia prima y los reemplaza con otros elementos.
Durante el pretratamiento fisicoquímico de las materias primas, los materiales se lavan con una disolución acuosa de sustancias orgánicas y/o inorgánicas. Para la preparación de la disolución acuosa para el lavado del material se puede utilizar cualquier sal soluble en agua de calcio, magnesio, aluminio, titanio y amonio. Las sales se pueden combinar con cualesquiera ácidos orgánicos solubles en agua, monocarbónicos y/o policarbónicos, saturados y/o insaturados, que tienen un anillo aromático, así como ácidos inorgánicos tales como ácido fosfórico y ácido nítrico. Las proporciones de las sales y ácidos son del 0,1 % al 30 % en peso en la disolución acuosa.
Los ácidos orgánicos y/o inorgánicos y sus sales solubles en agua se pueden mezclar en proporciones según las reivindicaciones, para formar el disolvente activo que se utilizará en la preparación de la disolución acuosa. Además, se pueden utilizar para sucesivas extracciones de forma que se consiga el resultado deseado.
La etapa fisicoquímica se utiliza para la producción de materiales limpios con problemas sustancialmente menores durante su incineración termoquímica, combustión, gasificación y pirólisis. En particular, la aplicación de un método según la invención da como resultado materiales que muestran problemas de corrosión, deposición y aglomeración de cenizas de muy bajos a inexistentes, emisiones de gases de muy bajas a inexistentes (potasio, sodio, cloro, azufre y fósforo) y metales pesados (Cu, Pb, Zn, Cr, Hg), durante la incineración termoquímica, combustión, gasificación, pirólisis de las materias primas.
Claims (15)
1. Un método para la eliminación de componentes inorgánicos de una materia prima para la producción de materiales limpios, en el que la materia prima es biomasa, carbón, residuos de origen urbano o industrial, desechos de origen urbano o industrial, o lodos de depuradoras de aguas residuales, o cualquier combinación de los mismos, y el método incluye:
preparar una disolución acuosa que contiene una o más sal(es) orgánica(s) y/o inorgánica(s) de calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio, en la que la concentración de la(s) sal(es) en la disolución acuosa varía del 0,1 % al 30 % p/p en el volumen de agua; y
lavar la materia prima con la disolución acuosa,
en el que el lavado se realiza con una relación de materia prima respecto de disolución acuosa de 33 g/l a 600 g/l, a una temperatura que oscila de 13 °C hasta 95 °C, y con un tiempo de lavado que oscila de 5 minutos a 24 horas.
2. El método según la reivindicación 1, en el que la materia prima comprende al menos un compuesto carboxílico que contiene hidrógeno, y el método incluye la etapa de sustituir los átomos de hidrógeno en la estructura del compuesto carboxílico por calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio mediante el lavado con la disolución acuosa.
3. El método según la reivindicación 1, en el que la materia prima comprende al menos un compuesto carboxílico que contiene elementos inorgánicos, y el método incluye la etapa de eliminar los elementos inorgánicos de los compuestos carboxílicos y sustituirlos por calcio, magnesio, aluminio, titanio y/o amonio mediante el lavado con la disolución acuosa.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la concentración de la(s) sal(es) en la disolución acuosa varía del 0,1 % al 2 % p/p en el volumen de agua.
5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el lavado de la materia prima se lleva a cabo con la disolución acuosa que contiene además uno o más ácido(s) orgánico(s) y/o inorgánico(s).
6. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la disolución acuosa contiene acetato de calcio y/o acetato de magnesio y/o acetato de aluminio y/o acetato de amonio y/o acetato de titanio.
7. El método según la reivindicación 5, en el que el/los ácido(s) se selecciona(n) del grupo que consiste en ácido cítrico, ácido málico, ácido benzoico, ácido fosfórico, ácido nítrico y las combinaciones de los mismos.
8. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el lavado se realiza a una relación de materia prima respecto de la disolución acuosa de 150 g/l hasta 400 g/l,
preferiblemente, en el que el lavado se realiza a una temperatura que oscila de 55 °C a 80 °C.
9. El método según la reivindicación 8, en el que el lavado se realiza en un tiempo de lavado que varía de 10 minutos a 35 minutos mientras la materia prima se agita en un reactor.
10. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el lavado de la materia prima se lleva a cabo sucesivamente en diferentes disoluciones acuosas.
11. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el método incluye además el tratamiento térmico de la materia prima, y en el que el tratamiento térmico de la materia prima se realiza en una atmósfera de nitrógeno y con la presencia de oxígeno y/o aire, que se limita a menos del 40 % de la cantidad que se requiere para la combustión estequiométrica de estos materiales.
12. El método según la reivindicación 11, en el que el tratamiento térmico precede al lavado.
13. El método según la reivindicación 11, en el que el tratamiento térmico sigue al lavado.
14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el tratamiento térmico de la materia prima se realiza a temperaturas de 200 °C a 350 °C durante un tiempo de permanencia en el intervalo de temperatura específico que varía de 5 minutos a 2 horas, y en el que la humedad de la materia prima es inferior al 30 % en base húmeda.
15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la materia prima consiste en partículas, cuyo tamaño varía desde algunas micras hasta 15 cm; o
en el que la materia prima consiste en partículas cuyo tamaño es inferior a 3 cm.
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