MX2010012500A - Proceso para la combustion de materiales y aparato correspondiente. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso (1) para la combustión de materiales (X), que comprende las etapas de: (a) introducción de materiales (X) preferentemente compactados dentro de una cámara de reacción (3) y cierre de la misma cámara (3); (b) inyección de un flujo de gas combustible y de un correspondiente flujo de un gas comburente, en la reciproca correcta relación estequiométrica, dentro de la cámara de reacción (3), de modo de activar la combustión de los materiales (X); (c) continuación de la reacción termoquímica de los elementos oxidables, por ejemplo carbono, con el oxígeno presente, sin la introducción de otros gases; (d) inyección de gas comburente para alimentar las reacciones termoquímicas de los elementos oxidables presentes en los materiales (X), hasta que deje de aumentar la temperatura; (e) apertura de una válvula de mariposa (5) para expulsar los gases, continuando al mismo tiempo a introducir gas comburente a una presión substancialmente constante hasta que haya sido oxidado todo el carbono residual, hayan sido sometidos a pirolisis los óxidos muy ligados y hayan sido oxidados los metales presentes.

Description

PROCESO PARA LA COMBUSTIÓN DE MATERIALES Y APARATO CORRESPONDIENTE CAMPO TECNICO La presente invención se refiere a un proceso para la combustión de materiales y a un correspondiente aparato, adecuado en particular para plantas de valorización energética de residuos.

TÉCNICA ANTECEDENTE En muchos sectores la destrucción de materiales por combustión ha sido considerada, por muchísimo tiempo, el único método para deshacerse de masas no deseadas y voluminosas. En las últimas décadas se han difundido modelos que además proponen aprovechar la energía generada durante la combustión de esos materiales. Las consideraciones que están a continuación pueden extenderse a materiales de cualquier tipo, dadas sobre todo con relación a residuos, que debido a sus dimensiones, cantidades y riesgo medioambiental, proporcionan un ejemplo tangible de lo indicado arriba.

Actualmente la eliminación de los residuos sólidos urbanos representa un grave problema, especialmente en Italia, donde aproximadamente el 75% de los residuos producidos sigue terminando en vertederos: esto produce difusión de la contaminación del territorio y altos costos de eliminación y saneamiento.

Por consiguiente, debido a la naturaleza insostenible de la situación actual es imperioso desarrollar modelos alternativos para el tratamiento de residuos. Sin ningún lugar a dudas, un paso en esa dirección está representado por la valorización energética de los residuos (incineración con recuperación de energía), por medio de la cual los residuos, entendidos como fuente renovable de energía, pueden contribuir a generar energía.

La valorización energética de residuos es un sistema moderno y eficiente que se difundió de Europa al resto del mundo. Gracias a este sistema es posible utilizar el valor calórico de los residuos y convertir el calor emitido por la combustión de los mismos residuos en electricidad (o energía térmica que puede ser empleada para la calefacción del distrito), reduciendo así el impacto global sobre el medioambiente.

Una planta de valorización energética de residuos es un incinerador de residuos en condiciones de aprovechar el contenido calórico de los residuos para generar calor, calentar agua (u otros fluidos) y, finalmente, producir electricidad o transportar el agua calentada a lugares y áreas para su calefacción. Por lo tanto, la diferencia de este tipo de planta con respecto a los viejos incineradores, reside en el hecho que estos últimos llevaban a cabo sólo la destrucción térmica de los residuos, sin producir energía. La utilización de plantas de valorización energética de residuos parece representar una solución al problema de los vertederos públicos atiborrados.

Los incineradores son plantas usadas principalmente para la eliminación de residuos mediante un proceso de combustión a alta temperatura (incineración) cuyos productos finales son un efluente gaseoso, cenizas y polvos.

Las principales categorías y las cantidades predominantes de residuos que pueden ser incineradas son los residuos sólidos urbanos (RSU) y los residuos especiales.

A tales categorías pueden agregarse otras categorías especiales, tales como por ejemplo fangos de alcantarillas, residuos medicinales o residuos derivados de la industria química.

Antes de la incineración, los residuos pueden ser tratados utilizando procesos aptos para eliminar materiales no combustibles (vidrio, metales, materiales inertes) y la parte húmeda (material orgánico tal como por ejemplo residuos de alimentos, residuos agrícolas, etc.). Los residuos tratados de este modo vienen definidos combustibles derivados de residuos o más comúnmente CDR (en italiano "ecoballe").

El funcionamiento de un incinerador puede ser dividido en una secuencia de etapas. En primer lugar, los residuos llegan de plantas de selección dispersas por todo el territorio (pero también directamente de la recolección de residuos), se produce la fracción combustible (CDR -Combustible Derivado de Residuos) y se incinera después de la deshidratación biológica de los residuos seguida de la separación de materiales inertes (metales, minerales, etc.) con respecto a la fracción combustible.

Tiene lugar la combustión, durante la cual viene encanalado dentro del horno un flujo de aire forzado para introducir la cantidad necesaria de oxígeno, que permite la mejor combustión, manteniendo elevada la temperatura (normalmente cerca de 1.000 °C).

Los incineradores de la técnica conocida presentan una cantidad de desechos bastante grande (normalmente dentro de un intervalo comprendido entre el 25% y el 35% de la masa total inicial). Esta gran cantidad de desechos representa un grave problema, puesto que deben ser almacenados adecuadamente. Dicha operación implica altos costos que reducen la productividad de toda la planta (desde un punto de vista económico).

También cabe hacer notar que la máxima producción de energía específica de las plantas conocidas es de aproximadamente 200/300 kWh/t. Tales valores son bajos y no son suficientes para garantizar una gestión económicamente satisfactoria de las plantas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El cometido principal de la presente invención es el de proporcionar un proceso para la combustión de materiales adecuado para minimizar los desechos.

Dentro del alcance de su cometido técnico, la presente invención también tiene como objetivo proporcionar un proceso para la combustión de materiales que ofrezca alta eficiencia y bajos costos operativos.

Otro objetivo de la presente invención es el de proporcionar un proceso para la combustión de materiales que sea adecuado para funcionar con temperaturas muy elevadas.

Otro objetivo de la presente invención es el de proporcionar un aparato adecuado para la combustión de materiales según el proceso, que tenga una estructura sencilla y dimensiones substancialmente compactas.

Otro objetivo de la presente invención es el de proporcionar un proceso para la combustión de materiales, que tenga un valor de producción de energía específica máxima que sea muy alto comparado con las plantas de la técnica conocida.

Otro objetivo de la presente invención es el de proporcionar un proceso para la combustión de materiales y el correspondiente aparato, especialmente para plantas de valorización energética de residuos, que sean baratos, sencillos para producir y seguros en su aplicación.

La presente invención logra este cometido y los objetivos con este proceso para la combustión de materiales que se compone de la introducción de materiales adecuadamente compactados dentro de una cámara de reacción y el cierre de la misma cámara; la inyección de un flujo de gas combustible y de un correspondiente flujo de un gas comburente, los cuales se hallan en la recíproca y correcta relación estequiométrica, dentro de la cámara de reacción, de modo de activar la combustión de los materiales; la continuación de la reacción termoquímica de los elementos oxidables con el oxígeno presente en los materiales sin introducir otros gases; la inyección nuevamente de gas comburente para alimentar las reacciones termoquímicas de los restantes elementos oxidables, al menos hasta que deje de aumentar la temperatura; y la apertura de una válvula de mariposa para expulsar los gases, introduciendo al mismo tiempo gas comburente a una presión substancialmente constante hasta la completa reacción termoquímica de los elementos oxidables, sometiendo a pirólisis los óxidos muy ligados y a oxidación los metales presentes.

Además, este cometido y los objetivos se logran mediante el presente aparato, adecuado para la puesta en acto del proceso descrito arriba, en particular para plantas de valorización energética de residuos, del tipo que comprende una cámara de reacción, que tiene una boca de entrada para la introducción de los materiales, una boca de salida a través de la cual los gases pueden salir, y adecuados circuitos para introducir gases reactivos, caracterizado por el hecho que la fracción (F) de enriquecimiento con oxígeno del gas comburente, expresada como un porcentaje, la presión (P) de ejercicio máxima del aparato, expresada en Bares, el volumen (V) interno libre de la cámara de reacción, expresado en metros cúbicos, la masa (M) de materiales introducida en el reactor, expresada en toneladas, y la temperatura (T) máxima alcanzada en al menos una parte de la cámara de reacción, expresada en grados Kelvin, están relacionados según la siguiente fórmula FPV/M > 5.24 x lo-2 x (T2 - 314.73 x T) BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros detalles se ponen de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una ejecución preferida y, por ende, no limitativa de un proceso para la combustión de materiales y correspondiente aparato, especialmente para plantas de valorización energética de residuos, ilustrado a título puramente ejemplificador, sin limitar el alcance de la invención, mediante los dibujos anexos, en los cuales: - la figura 1 es un diagrama de bloques de un proceso para la combustión de materiales según la presente invención; - la figura 2 es una vista lateral en corte transversal según un plano axial longitudinal, de un aparato para la combustión de materiales, especialmente para plantas de valorización energética de residuos según la presente invención; - la figura 3 es una vista amplificada de un detalle de la figura 2; - la figura 4 es una vista lateral en corte transversal según un plano transversal, de un aparato, especialmente para plantas de valorización energética de residuos según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En particular con referencia a los dibujos anexos, el número 1 denota, en su totalidad, un proceso para la combustión de materiales (X) y el número 2 denota el correspondiente aparato, especialmente para plantas de valorización energética de residuos.

El proceso (1 ) para la combustión de materiales (X) consta de una secuencia de cinco etapas, de las cuales las primeras tres son esenciales.

Durante la primera etapa (a), similar a aquella llevada a cabo también por los normales incineradores conocidos, los materiales (X), preferentemente compactados, sin ningún pretratamiento especial, deben ser introducidos dentro de una cámara de reacción (3), después de lo cual hay que cerrar la misma cámara (3).

En los incineradores de la técnica conocida, los materiales (X) introducidos en la cámara de reacción (3) normalmente deben ser pretratados adecuadamente, eliminando humedad y todos los materiales no combustibles o los materiales que podrían producir emisiones nocivas durante la combustión (tales como, por ejemplo, polímeros clorados). El proceso (1 ) según la presente invención y el correspondiente aparato (2) permiten trabajar con materiales (X) que no han sido sometidos a un pretratamiento, con la indudable ventaja económica de reducir o limitar una operación compleja y costosa. Como se ha descrito arriba, el proceso (1 ) según la presente invención también puede ser aplicado a materiales (X) que comprenden fracciones de materiales no combustibles y otros materiales, puesto que el ciclo operativo es sumamente eficaz.

Durante la segunda etapa (b), dentro de la cámara de reacción (3) se debe inyectar un flujo de gas combustible y un correspondiente flujo de gas comburente, los dos gases hallándose en la correcta relación estequiométrica entre sí.

El flujo de gas combustible, por ejemplo metano, junto con su peculiar oxígeno estequiométrico, activan la combustión espontánea de los materiales (X) (por ejemplo los residuos) contenidos en la cámara de reacción (3), produciendo, durante la reacción de combustión, dióxido de carbono y vapor acuoso. Cuando tiene inicio la combustión, a una temperatura que puede variar desde aproximadamente 100 - 150 hasta cerca de 600 - 650 °C dependiendo del tipo de materiales (X) que se están elaborando, se interrumpe la introducción de gas comburente.

Durante la tercera etapa (c), es imperioso continuar la reacción termoquímica de los elementos oxidables (por ejemplo, la oxidación de carbono) mediante el oxígeno presente en los materiales (X) sin introducir otros gases. Esto significa que la oxidación continuará, mantenida exclusivamente por el carbono, y los demás elementos oxidables, y el oxígeno poco ligado contenido en el material introducido dentro de la cámara de reacción (3). Dichos elementos producirán dióxido de carbono, llevando la temperatura del material a 800 - 900 °C, e inclusive a valores aún más elevados.

La cuarta etapa (d), que deberá tener inicio cuando deja de aumentar la temperatura, implica la inyección de gas comburente adicional para alimentar las reacciones de oxidación de al menos parte del carbono residual y en general de los elementos oxidables, al menos hasta que la temperatura deje nuevamente de aumentar, generalmente a un valor de temperatura comprendido entre 1 .600 y 2.200 °C, nuevamente dependiendo de los materiales (X) que se están elaborando.

El oxígeno inyectado oxida parte del carbono residual (produciendo dióxido de carbono) y los otros elementos oxidables, hasta que se alcancen una temperatura (T) máxima y una presión (P) interna máxima. En la práctica, la temperatura puede alcanzar un valor de 2.000 - 2.200 °C y la presión un valor de 35 - 50 Bares. No están excluidas ejecuciones que pueden operar con valores de presión y de temperatura fuera de dichos intervalos, por ende también ellas comprendidas dentro del ámbito de protección de la presente invención.

En la quinta y última etapa (e), en correspondencia de una boca de salida (4) de los gases, debe abrirse una válvula de mariposa (5) para permitir que los gases sean expulsados, siguiendo al mismo tiempo introduciendo gas comburente a una presión substancialmente constante para completar la reacción termoquimica de los elementos oxidables. Por ejemplo, hasta que todo el carbono residual haya sido oxidado, los óxidos muy ligados hayan sido sometidos a pirólisis y los metales presentes hayan sido oxidados (cabe hacer notar que a menudo en los residuos urbanos hay hierro y aluminio).

La finalización de la quinta y última etapa (e) y, por ende, del proceso (1 ) puede verificarse cuando en las señales enviadas por las sondas de temperatura y de presión, que pueden ser instaladas en la cámara de reacción (3), se observa un gradiente negativo.

La válvula (5) viene mantenida abierta hasta la finalización del proceso (1), es decir, hasta que la presión interna haya alcanzado el mismo valor que la presión atmosférica.

Cabe resaltar que durante la etapa final (e), es necesario realizar una apertura controlada de la válvula de mariposa (5) (usando un adecuado aparato de control y gestión para mantener un valor de presión predeterminado dentro de la cámara de reacción (3)) hasta que la presión dentro de la cámara de reacción (3) sea igual a la presión atmosférica.

Los gases que salen de la cámara de reacción (3) a través de la válvula de mariposa (5) van a un adecuado contenedor (6) para su mezclado con aire de enfriamiento, de ser necesario, y la deposición fraccionada de metales oxidados que los mismos contienen, substancialmente bajo forma de polvos.

A tal efecto el contenedor (6) comprende al menos un adecuado compartimiento (7) en el cual pueden depositarse los metales oxidados y el cual puede ser inspeccionado para la extracción de los mismos depósitos.

Antes de que los gases salgan del aparato (2), los mismos pasan a través de un adecuado dispositivo (22) para depurar humos (situado después del contenedor (6) a lo largo de un recorrido adecuadamente identificado para la purificación de los humos), que comprende un catalizador a base de cobre (23).

El catalizador a base de cobre (23) comprende una banda continua hecha de eslabones de acero refractario, revestidos de ambos lados con un depósito de cobre, que pasa, deslizándose sobre los rodillos, desde uno hacia el siguiente, y viceversa, de los dos compartimientos de una caja dividida en dos por un tabique de acero refractario.

El oxígeno viene introducido dentro de uno de los dos compartimientos, y los humos de combustión dentro del otro, los cuales humos contienen moléculas de monóxido de carbono y de hidrógeno, perjudiciales al medioambiente. A las temperaturas presentes, iguales a vahos centenares de grados centígrados, el cobre del primer compartimiento se oxida, con lo cual el óxido de cobre que llega al segundo compartimiento, a dichas temperaturas, reacciona con el monóxido de carbono y de hidrógeno, formando vapor acuoso y dióxido de carbono, que no son perjudiciales para el medioambiente.

El dispositivo de depuración de humos (22) también comprende un depurador (scrubber), en el cual tiene lugar un proceso de acidificación y eliminación de gases halógenos.

De este modo, después del dispositivo de depuración de humos (22), sale sólo dióxido de carbono, a una temperatura substancialmente no mayor que 80 °C.

El aparato (2), apto para poner en acto el proceso (1 ), y sumamente adecuado para su instalación en plantas de valorización energética de residuos, comprende una cámara de reacción (3) que tiene una boca de entrada (8) para la introducción de materiales (X), una boca de salida (4) a través de la cual salen los gases y adecuados circuitos (9) para la introducción de gases reactivos.

En un aparato (2) según la presente invención, la fracción (F) de enriquecimiento con oxígeno del gas comburente, expresada como un porcentaje, la presión (P) de ejercicio máxima del aparato (2), expresada en Bares, el volumen (V) interno libre de la cámara de reacción (3), expresado en metros cúbicos, la masa (M) de materiales (X) introducida en la cámara de combustión (3), expresada en toneladas, y la temperatura (T) máxima alcanzada en al menos una parte de la cámara de reacción (3), expresada en grados Kelvin, están relacionados según la siguiente fórmula FPV/M > 5.24 x 10"2 x (T2 - 314.73 x T) En particular, el aparato (2) comprende una carcasa externa hueca y hermética (10) y un envoltorio interno (1 1 ) complementario a la cavidad de la carcasa (10).

El envoltorio (1 1 ) está hecho oportunamente de material refractario con espesores apropiados para soportar la carga mecánica determinada por la presión dentro de la cámara de reacción (3) y la temperatura muy elevada a la cual será sometido.

De conformidad con una ejecución de sumo interés práctico y de realización, el envoltorio (11) está hecho con una forma cilindrica hueca (como se puede ver en la figura 4) con un oportuno espesor, por ejemplo de aproximadamente 200 mm.

El cilindro posee nervaduras de rigidización, por ejemplo seis nervaduras distribuidas radialmente, de manera que el diámetro del círculo que circunscriben las nervaduras sea el mismo que el diámetro interno de la carcasa (10).

Entre la carcasa (10) y el envoltorio (11) hay un espacio ( 2) con la forma de una corona cilindrica, el cual es reducido, por ejemplo de un espesor de 100 mm, de manera que queden separados.

El espacio (12) comprende un canal de entrada (13) y un canal de salida (14) para el paso del fluido refrigerante.

De conformidad con una posible ejecución de interés para la aplicación de la presente invención, el fluido refrigerante es un flujo de aire atmosférico bombeado dentro del espacio (12) para enfriar las paredes de la carcasa (10) y del envoltorio (11). Una adecuada estación de control y gestión computarizada (no exhibida en los dibujos anexos) ajusta una válvula que hay en el canal de salida (14) para asegurar que las presiones dentro de la cámara de reacción (3) y en el espacio (12) sean siempre iguales.

El aparato (2) comprende adecuados sensores (15) para controlar la presión y la temperatura en la cámara de reacción (3).

El aparato (2) comprende adecuados inyectores para la introducción de fluido combustible (inyector denotado con 16) y fluido comburente (inyector denotado con 17) dentro de la cámara de reacción (3). Oportunamente, dichos inyectores (16 y 17) introducen esos fluidos en función de respectivas relaciones estequimétricas para el ajuste y el control de la combustión dentro de la cámara de reacción (3).

La boca de salida (4) a través de la cual salen los gases es interceptada por una válvula de mariposa (5) que substancialmente se compone de un tapón (18) configurado para complementarse a un respectivo orificio (19) que exhibe el envoltorio interno (11 ) hecho de material refractario.

El orificio (19) está en comunicación con la cámara de reacción (3).

El tapón (18) viene empujado dentro del orificio (19), ocluyéndolo, por medio de un empujador (20) de acción controlada y ajustable. De esta manera, la intensidad de la acción del empujador (20) queda determinada por la presión a mantener (o alcanzar) dentro de la cámara de reacción (3) (y, por ende, por la etapa del proceso (1 ) que se está llevando a cabo).

De conformidad con una posible ejecución, la carcasa (10) se compone de una pluralidad de partes de carcasa que pueden ser unidas entre sí. De esta manera, el desensamblado de las partes de carcasa permite la extracción del envoltorio interno (1 1 ) hecho de material refractario para su reemplazo y mantenimiento. Después de muchos ciclos sucesivos, el material refractario puede exhibir signos de deterioro que impedirán el perfecto funcionamiento del aparato (2). La posibilidad de reemplazo simplifica la gestión del aparato (2) de conformidad con la presente invención comparado con los incineradores de la técnica conocida.

La boca de entrada (8) para la introducción de los materiales (X) incluye una tapa (21) hecha de material refractario, con forma y dimensiones complementarias a las de la boca de entrada (8).

Cabe resaltar que uno de los posibles fluidos combustible que pueden ser usados en este aparato (2) es metano (no está descartada la posibilidad de usar otros hidrocarburos en estado gaseoso o líquido o inclusive otras sustancias combustibles en su estado sólido, en su caso pulverizadas).

En tal caso el fluido comburente debe comprender oxígeno gaseoso. A tal efecto, es posible introducir aire atmosférico, mixturas de aire enriquecido con oxígeno o incluso oxígeno puro, en función de la intensidad de la reacción a obtener dentro de la cámara de reacción (3). Habiendo ya denotado con F la fracción de oxígeno, cuando F aumenta cambiarán de manera inversamente proporcional las dimensiones de la cámara (3) y, por ende, del aparato (2).

El nuevo proceso (1 ) es un proceso químico-físico discontinuo que se compone de una etapa previa (a) seguida de otras cuatro etapas (b), (c), (d) y (e) y permite que una masa predeterminada de materiales (X), tal como residuos sólidos urbanos, sea llevada rápidamente a una temperatura comprendida entre 1.800 °C y 2.200 °C, provocando su sublimación, es decir su vaporización sin pasar por la etapa de liquefacción. El proceso (1 ) tiene lugar dentro de una cámara de reacción (3), por ejemplo que tiene forma tubular, con un gradiente de temperatura/presión de hasta 2.200 °C/50 Bares.

La oportuna válvula de mariposa (5) calibrada a la máxima presión tolerable, provoca el estrangulamiento de los vapores a medida que salen, sometiéndolos a una expansión y enfriamiento adiabáticos e introduciéndolos dentro del contenedor (6), desde el cual luego serán enviados a intercambiadores de calor para la producción de vapor sobrecalentado para obtener energía.

En el material (X) a elaborar, el oxígeno normalmente se halla como un componente con grandes moléculas (oxígeno poco ligado) y como un óxido de elementos, por ejemplo calcio y silicona (oxígeno muy ligado). El carbono está presente como un elemento poco ligado.

Como se ha indicado con anterioridad, durante la etapa (b) un flujo de gas combustible, por ejemplo metano, junto con su peculiar oxígeno estequiométrico, lleva el material a una temperatura de hasta 600 - 650 °C, produciendo dióxido de carbono y vapor acuoso.

Durante la siguiente etapa (c), en la cual los gases no son inyectados desde la parte externa, el carbono, los otros elementos oxidables y el oxígeno poco ligado contenidos en el material producen dióxido de carbono y otros óxidos, llevando la temperatura del material a un valor que puede alcanzar los 2.200 °C.

Después de lo cual la etapa (d) implica la inyección de gas comburente, que normalmente contiene oxígeno, que oxida parte del carbono residual y otros elementos oxidables, produciendo dióxido de carbono y óxidos, hasta alcanzar la temperatura (T) máxima (expresada en grados Kelvin) y la presión (P) interna máxima, expresada en Bares. En la práctica, la temperatura puede alcanzar 2.000 - 2.200 °C y la presión 35 - 50 Bares.

Luego se vuelve necesaria una etapa (e) en la cual se abre la válvula de mariposa (5) y se sigue introduciendo gas comburente hasta que haya sido oxidado todo el carbono residual, hayan sido sometidos a pirólisis los óxidos muy ligados y hayan sido oxidados los metales presentes, por ejemplo hierro y aluminio.

El comienzo de la finalización de la etapa (e) y del proceso (1 ) viene indicado por el gradiente negativo de las señales enviadas por los sensores (15), por ejemplo que incluyen sondas de temperatura - presión. La válvula (5) es mantenida abierta hasta la finalización del proceso (1), es decir hasta que la presión interna haya alcanzado el mismo valor que la presión atmosférica.

A partir de la etapa (e), los vapores introducidos dentro del contenedor (6) pueden ser mezclados con aire externo para alcanzar temperaturas máximas compatibles con los intercambiadores.

Después de la introducción dentro del contenedor (6) y durante el paso a través de los intercambiadores, el gradual enfriamiento produce la deposición fraccionada de metales oxidados, de forma pulverulenta, que pueden ser recolectados en adecuados compartimientos (7).

Después de los intercambiadores, un dispositivo para purificar humos acidifica y elimina los gases halógenos. Por lo tanto, de la chimenea sale dióxido de carbono a una temperatura inferior a 80 °C.

El oxígeno puede ser criogénico o puede ser obtenido por medio de criba molecular disponible en el mercado. Los consumos de metano y oxígeno por tonelada de material procesado son, por ejemplo, de aproximadamente 30 Nm3 (metros cúbicos normales: unidad de medida del volumen de gases empleados, en condiciones "normales", es decir a presión atmosférica y a una temperatura de 0 °C) de metano y 400 Nm3 de oxígeno.

Para un material como, por ejemplo, residuo sólido urbano el proceso provoca el desarrollo de calor que es mucho mayor que su poder calorífico neto (el poder calorífico neto o NHV, del inglés Net Heating Valué, es la cantidad de calor desprendida durante la combustión completa de un combustible, sin considerar el calor de evaporación del vapor acuoso) y la producción de energía igual a aproximadamente de 2.5 a 3 veces la de una normal planta de valorización energética de residuos, aparte de reducir drásticamente la masa de residuos (5 - 10 kg/ton en lugar de 300 - 320) y, por lo tanto, la necesidad de usar vertederos públicos especiales.

El proceso también puede ser aplicado a materiales inorgánicos definidos como incombustibles, con un aumento de la relación metano/oxígeno y una reducción de la generación combinada de calor y energía.

La fórmula FPV/M > 5.24 x 102 x (T2 - 31 .73 x T) obtenida en base a estudios y experimentos puede permitir dimensionar los aparatos (2) para cualquier posible par de valores que representan temperatura de proceso/masa de material introducido en función de la fracción de enriquecimiento con oxígeno del gas comburente.

La válvula (5) permite recuperar el juego provocado por el desgaste del material refractario. Un adecuado tubo de venteo puede impedir (de existir) el aumento de presión en el área dentro de la cámara de reacción (3).

Por consiguiente, como se ha indicado la invención logra los objetivos fijados de antemano.

La invención que se acaba de describir puede ser modificada y adaptada de varias maneras sin por ello apartarse del alcance del concepto inventivo.

Por ejemplo, es posible realizar una abertura en el envoltorio (11) (en correspondencia de las áreas cercanas a la válvula (5)) que le permite a los gases fluir hacia intercambiadores de calor convencionales para la recuperación energética y luego hacia un depurador convencional (torre de depuración de humos) para la deshalogenación y finalmente a la chimenea.

La cámara de reacción (3) está delimitada por el envoltorio (11) que presenta un espesor apropiado, por ejemplo de 200 mm, provisto de nervaduras, por ejemplo seis nervaduras (como se puede ver en la figura 4), de modo que el diámetro del círculo circunscrito por las nervaduras sea el mismo que el diámetro interno de la carcasa (10) y de manera que entre la carcasa (10) y la parte cilindrica externa del envoltorio (11) quede un espacio con la forma de una corona cilindrica reducida (espacio (12)), por ejemplo de un espesor de 100 mm, de modo que quede separado, incluso si no de modo totalmente hermético, con respecto a la cámara (3).

La tapa (21) está provista de una placa refractaria fijada a la misma mediante sujetadores metálicos y se apoya sobre la brida con un anillo metálico toroidal elástico hermético al gas intercalado entre ellas. La tapa (21) puede ser guiada en la parte posterior por barras horizontales, que le permiten a una tolva de carga (en una posible ejecución) descargar el CDR preparado de material (X) a procesar. El movimiento de la tapa (21) puede obtenerse por medio de un empujador neumático o hidráulico que introduce el CDR de material (X) dentro de la cámara (3) y asegura un cierre hermético al gas bajo presión.

El comienzo de la etapa (b) del proceso (1) está dado por la introducción del gas combustible estequiométrico y del gas comburente a través de sus correspondientes inyectores (16 y 17) y su ignición a través de un adecuado dispositivo de encendido.

Además, todos los detalles de la invención pueden ser reemplazados por otros elementos técnicamente equivalentes.

En las ejecuciones ejemplificadoras exhibidas, características individuales, mostradas con respecto a ejemplos específicos, pueden ser intercambiadas por otras características, existentes en otras ejecuciones ejemplificadoras.

Asimismo, cabe hacer notar que todo lo que durante el procedimiento para obtener la patente fue descrito como perteneciente a la técnica conocida, no es objeto de reivindicación y, por consiguiente, deberá ser considerado suprimido de las reivindicaciones (disclaimer).

La presente invención será puesta en acto bajo la más estricta conformidad con las leyes y las normas referidas a los productos objeto de la presente invención o relativas a la misma y, de ser necesario, será sometida a autorización por parte de las autoridades competentes, en particular con referencia a las normativas sobre salud, seguridad y contaminación del medioambiente.

En la práctica los materiales empleados, así como las formas y las dimensiones, pueden variar en función de las necesidades, sin por ello apartarse del alcance de protección de las reivindicaciones anexas.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 - Proceso para la combustión de materiales (X), que comprende al menos las etapas de: - introducción de los materiales (X) en una cámara de reacción (3) y cierre de la misma cámara (3); - inyección dentro de la cámara (3) de un flujo de un gas combustible y de un correspondiente flujo de gas comburente en la respectiva relación estequiométrica, hasta la activación de la combustión de los materiales; el proceso (1) estando caracterizado por el hecho que comprende al menos la etapa de: interrupción de la introducción de los gases provenientes de la parte externa dentro de la cámara de reacción (3), dejando así continuar la reacción termoquímica de los elementos oxidables presentes en los materiales (X) con el oxígeno contenido en los mismos materiales (X), al menos hasta que deje de aumentar la temperatura.

2 - El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende la etapa adicional de inyectar nuevamente un gas comburente para alimentar la reacción termoquímica de los elementos oxidables presentes en los materiales (X), al menos hasta que deje de aumentar la temperatura.

3.- El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende la etapa adicional de abrir una válvula de manposa (5) para expulsar los gases provenientes de la cámara (3), continuando a inyectar gas comburente para completar la reacción termoquímica de los elementos oxidables.

4. - El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la apertura de válvula de mariposa (5) y la continuación de la inyección del gas comburente tienen lugar a una presión substancialmente constante.

5. - El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque la etapa de apertura de la válvula de mariposa (5) sigue hasta que la presión dentro de la cámara de reacción (3) es igual a la presión atmosférica.

6. - El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende la etapa adicional de expulsión de los gases al ambiente circunstante.

7. - El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque los gases son expulsados al ambiente circunstante a través de una primera etapa de almacenamiento en un contenedor (6) y una segunda etapa que pasa a través de un dispositivo de depuración de humos (22).

8. - El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el dispositivo de depuración de humos (22) comprende un catalizador a base de cobre (23), adecuado para interactuar con los humos, de modo de impedir la introducción en el medioambiente de moléculas de monóxido de carbono y de hidrógeno.

9.- El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque del dispositivo de depuración de humos (22) sale dióxido de carbono sin compuestos halogenados.

10.- El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque, desde el almacenamiento en el contenedor (6), el gradual enfriamiento provoca la deposición fraccionada de metales oxidados en polvo en correspondientes compartimientos de recolección (7). 1 1. - El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el fluido combustible es metano u otro combustible gaseoso, y el fluido comburente comprende oxígeno gaseoso. 12. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la temperatura deje de aumentar cuando está alcanzada la máxima temperatura (T) y la máxima presión (P). 13.- El proceso de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque las características de la reacción termoquímica y la cámara de reacción (3) y los materiales (X) están relacionados según la siguiente fórmula: F PV/M > 5,24 x 10"2 x (T2 - 314,73 x T), donde F es la fracción (F) de enriquecimiento con oxígeno del gas comburente, expresada como un porcentaje; P es expresada en Bares; T es expresada en grados Kelvin; V es el volumen interno libre de la cámara de reacción (3), expresado en metros cúbicos; M es la masa de materiales (X), expresada en toneladas.