MX2013008155A - Proceso optimizado de tratamiento de desechos por tratamiento hidrotermico. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso de oxidación hidrotérmica de los compuestos orgánicos, eventualmente con los compuestos inorgánicos oxidables, contenidos en un efluente acuoso, en el cual el efluente acuoso es inyectado dentro de un reactor tubular en donde se lleva el efluente a una presión supercrítica y en donde la temperatura del efluente es aumentada progresivamente desde su temperatura inicial hasta una temperatura supercrítica, sin disminución intermedia de la temperatura, introduciendo dentro del reactor tubular una cantidad del agente oxidante suficiente para oxidar totalmente los compuestos orgánicos y opcionalmente para oxidar al menos una parte de los compuestos inorgánicos oxidables, el agente oxidante es introducido de manera fraccionada en los diversos puntos situados más y más corriente arriba del reactor, y en el cual la composición y/o la concentración de los compuestos orgánicos y/o de los compuestos inorgánicos oxidables dentro del efluente que se va a tratar, varía con el transcurso del tiempo, y, corriente arriba del reactor tubular en donde es efectuada la oxidación, se mide el DTO del efluente que se va a tratar y se controla a un valor superior a 120 g/l e inferior a 250 g/l previamente a su inyección en el reactor tubular.

Description

PROCESO OPTIMIZADO DE TRATAMIENTO DE DESECHOS POR TRATAMIENTO HIDROTERMICO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso de oxidación hidrotérraica de los desechos contenidos en un efluente acuoso. La invención se refiere en particular al tratamiento de los efluentes acuosos que comprenden desechos orgánicos y/o sales disueltas.

Antecedentes de la Invención Ya se han descrito procesos múltiples de transformación de los efluentes acuosos de este tipo, . entre los cuales se pueden citar en particular aquellos en los cuales se coloca el efluente que se va a tratar en la presencia de un agente oxidante en las condiciones llamadas "hidrotérmicas" , es decir a temperaturas y presiones tales que el agua sobrepase su punto crítico (presión superior a 2.21-103 Pa (221 bares) y una temperatura superior á 374 °C) lo que conduce a una oxidación de los desechos. En el caso de los compuestos orgánicos, el tratamiento ' "Gónduce típicamente a una oxidación bajo la forma de los compuestos simples tales como el C02 y el H20. Las sales de los metales diferentes que los alcalinos y los alcalinotérreos :pór sí mismos son convertidos típicamente en hidróxidos metálicos. Un proceso de este tipo, que se cree particularmente Ref . 242570 interesante, se describe en la patente WO 02/20414, que permite controlar la elevación de la temperatura producida en el momento de la oxidación hidrotérmica . En el proceso descrito en este documento, el efluente es tratado dentro de un reactor tubular introduciendo el agente oxidante de manera que no pase solo una vez sino de manera progresiva a lo largo del reactor tubular, en varios puntos de inyección más y más corriente arriba del flujo del efluente, lo que permite aumentar progresivamente la temperatura del flujo según una curva creciente, desde una temperatura inicial no supercrítica (por ejemplo del orden de la temperatura ambiente o superior) hasta una temperatura supercrítica. Este proceso, llamado "por la inyección múltiple del agente oxidante" permite realizar la oxidación de manera controlada, evitando una producción muy intensa de energía que dañaría de lo contrario las paredes del reactor, y sin embargo lo haría de una manera eficaz, especialmente! £ornando en cuenta el hecho de que la elevación de la temperatura se efectúa de manera continua y estrictamente creciente , (que presenta, entre otras cosas, la ventaja de no inducir reducciones bruscas de la temperatura que se podrían observar con los procesos en donde la temperatura es rétro-controlada por las adiciones de refrigerantes, que- son apropiadas para inhibir la reacción de oxidación por; los fenómenos del tipo del templado) .

Por otra parte, se describe un proceso de oxidación hidrotérmica de los compuestos orgánicos tales como los desechos aceitosos, contenidos en el efluente acuoso, el efluente acuoso es inyectado en un reactor tubular, en la presencia de un agente oxidante, y llevado a una presión y a una temperatura supercrítica . El DCO inicial del efluente acuoso antes de la introducción en el reactor es medido (J. Sanchez-Oncto et al, Proceedings of llth European Meeting on Supercritical Fluids 2008) .

Breve Descripción de la Invención Un objeto de la presente invención es asi mejorar el proceso descrito en WO 02/20414 de manera que se adapte bien a una utilización industrial en donde la naturaleza y la concentración de los efluentes pueden variar en una medida muy grande durante el transcurso del tiempo.

Para este efecto, la presente invención propone modificar el proceso de WO 02/20414 analizando la cantidad de los compuestos que se van a tratar en el efluente que se . va a tratar, y eventualmente otros parámetros como' la concentración en los iones de los halogenuros o en las, sales, y ajustando, cuando sea' necesario, estos parámetros corriente arriba del reactor de tratamiento hidrotérmico previamente a la oxidación por multi- inyección.

De manera más precisa, la presente invención tiene por objeto un proceso de oxidación hidrotérmica del los compuestos orgánicos contenidos en un efluente acuoso, eventualmente con los compuestos inorgánicos oxidables, en los cuales el efluente acuoso es inyectado dentro de un reactor tubular en donde se lleva el efluente a una presión supercrítica (es decir superior a 221 bares o 2.21-103 Pa) , y en donde la temperatura del efluente es aumentada progresivamente desde su temperatura inicial hasta una temperatura supercrítica (superior a 374 °C) , designada por Tfinai sin la disminución intermedia de la temperatura en el momento de la evolución creciente hasta Tfinai, introduciendo dentro del reactor tubular una cantidad del agente oxidante suficiente para oxidar totalmente los compuestos orgánicos y eventualmente para oxidar al menos una parte de los compuestos inorgánicos oxidables, el agente oxidante es introducido de manera fraccionada en varios puntos situados más y más corriente arriba del reactor, caracterizado porque la composición y/o la concentración de los ¡ compuestos orgánicos y/o de los compuestos inorgánicos oxidables en el seno del efluente que se va a tratar, varía con el transcurso del tiempo, y porque, corriente arriba del reactor tubular en donde se efectúa la oxidación, se; mide el DTO del efluente que se va a tratar y se mantiene, en donde el ajuste sea necesario, a un valor inferior a 250 g/i.

Según la invención, el DTO del efluente que se va a tratar es medido, mantenido o ajustado si es necesario, a un valor superior a 120 g/1 e inferior a 250 g/1, previamente a su inyección en el reactor tubular.

De manera ventajosa, el DTO del efluente que se va a tratar es medido, mantenido o ajustado si es necesario, a un valor comprendido entre 130 y 240 g/1, de preferencia entre 130 y 220 g/1, ventajosamente entre 140 y 220 g/1, previamente a su inyección en el reactor tubular.

Por "DTO" , se entiende aquí el requerimiento químico total de oxígeno del efluente que se va a tratar, expresado en moles/1, que corresponde a la cantidad total del oxígeno (expresada en moles) requerida para realizar la oxidación completa de los compuestos orgánicos e inorgánicos oxidables presentes en el seno de un litro del efluente. Este requerimiento químico total "DTO, por sus siglas en francés" toma en consideración la totalidad de las especies oxidables presentes, es decir al mismo tiempo los compuestos orgánicos y, llegado el caso, aquellos de los compuestos eventuales inorgánicos oxidables. La misma se distingue del ."DCO" (siglas en francés para requerimiento químico de oxigeno) , que no toma en consideración más que las especies , orgánicas . El DTO es igual al DCO siempre que las especies inorgánicas oxidables estén ausentes .

En el caso en donde el efluente que se :va a tratar contiene los compuestos orgánicos únicamente, con la exclusión de los compuestos inorgánicos oxidables, el DTO del efluente se mantiene de preferencia o se ajusta entre 150 y 220 g/1 antes de la inyección en el reactor tubular .

A la inversa, cuando el efluente que se va a tratar contiene los compuestos inorgánicos oxidables (especialmente los compuestos metálicos oxidables) , es más preferible frecuentemente que el DTO sea mantenido o ajustado a un valor igual a, o más allá de 220 g/1, más preferentemente entre 120 y 200 g/1, más preferentemente arriba de 120 g/1.

De manera general, se cree más f ecuentemente interesante que el DTO del efluente sea mantenido o ajustado entre 150 y 200 g/1 antes de la inyección en el reactor tubular.

El control del DTO del efluente que se va a tratar más allá de 250 g/1 previo a su introducción en el reactor tubular de oxidación, tal como el que se realiza según la invención, presenta, entre otros, la ventaja de inhibir una elevación muy importante de la temperatura de funcionamiento del reactor, que podría de lo contrario conducir a que sea dañado. En el momento de la utilización de la invención> esto se traduce en ventajas innegables en términos de :seguridad y de perpetuación de los equipos y así del eost;o de mantenimiento y de conservación.

Por otra parte, el control del DTO en los intervalos precitados permite un tratamiento óptimo de los desechos que se van a tratar, el DTO es suficientemente reducido para permitir una oxidación eficaz y total - o sensiblemente total - de las especies que se van a tratar (compuestos orgánicos y/o inorgánicos oxidables) . Además, el control del DTO arriba de 120 g/mol permite inducir dentro del reactor tubular de oxidación una temperatura de funcionamiento suficiente para no consumir inútilmente el agente oxidante.

En otros términos, la utilización de las condiciones de la presente invención permite una optimización particularmente interesante de la seguridad, de la eficacia y de los costos de instalación del tratamiento de los desechos y de su conservación.

La medición del DTO del efluente y, cuando sea necesario, la modificación de este DTO, pueden ser efectuadas según cualquier medio conocido por sí mismo. La medición del DTO puede ser efectuada especialmente por medio de un' DTO-metro o DCO-metro usual, por ejemplo del tipo descrito en las normas NFEN1484, IS08254, EPA4151. Se pueden emplear especialmente los analizadores de DCO/DTO de los tipos comercializados por la sociedad ANAEL. ; La modulación del DTO se puede obtener por! los siguientes métodos: - si el DTO medido corriente arriba del reactor es muy elevado: por disolución, por ejemplo por medio de agua o por otro efluente menos concentrado; y - si el DTO medido corriente arriba del reactor es muy reducido: por concentración, por ejemplo por la adición de los desechos orgánicos y/o inorgánicos o de un efluente más concentrado en el efluente que se va a tratar.

Típicamente, por la utilización de la presente invención, se puede utilizar, corriente arriba del reactor de oxidación, un dispositivo de análisis y de preparación del efluente que se va a tratar, que lleva típicamente, corriente arriba : una zona de análisis (y eventualmeñte de almacenamiento) del efluente que se va a tratar, provista de medios de análisis del DTO del efluente; - una zona de ajuste del DTO, provista de medios de introducción del medio contenido en la zona de análisis, y los medios permiten diluir o concentrar el medio contenido en la zona de ajuste (típicamente, esta zona de ajuste es un recipiente provisto de un medio de introducción del agüá (por disolución) o de los desechos o del efluente concentrado (para la concentración) ) ; y - medios de introducción del medio ajustadó" "en la zona de ajuste hacia el reactor de oxidación. ; Según las modalidades preferibles que mejoran aún el interés del proceso, el proceso de la invención puede presentar al menos una de las características adicionales descritas que se dan posteriormente.

De preferencia, además del control del DTO, se pueden medir y ajustar cuando se requiera otros parámetros del efluente que se va a tratar.

Así, según una modalidad específica, corriente arriba del reactor tubular en donde se efectúa la oxidación, se mide la concentración de los halógenos en el efluente que se va a tratar y se mantiene, o se ajusta si es necesario, a un valor inferior a 2 g/1 y de preferencia a 1 g/1.

La limitación del contenido de halógeno permite, entre otras cosas, inhibir el deterioro del reactor por corrosión, lo que, todavía, se traduce en las ventajas en términos de la seguridad y de la reducción de los costos.

Llegado el caso, la medición de la concentración de los halógenos puede ser realizada típicamente según la norma IS09562 para la dosificación de los halógenos dé los compuestos orgánicos absorbibles (AOX) y por el análisis por espectroscopia de masa acoplada a un plasma inductivo; (ICP-MS, por sus siglas en inglés) . El ajuste de la concentración puede ser efectuado diluyendo el efluente (por la adición del agua o de otro efluente más diluido) .

Según otra modalidad específica, compatible-r con la precedente, corriente arriba del reactor tubular en donde se efectúa la oxidación, se mide la concentración de las^ sales en el efluente que se va a tratar y se mantiene, o se ajusta si es necesario, a un valor inferior a 10 g/1 y de preferencia inferior a 5 g/1.

Esta limitación del contenido de las sales permite, entre otras cosas, inhibir, o aún evitar totalmente, los fenómenos de atascamiento del reactor tubular.

Llegado el caso, la medición de la concentración de las sales puede ser realizada típicamente por la medición de la conductividad iónica del medio. El ajuste de la concentración puede ser efectuado diluyendo el efluente (aún más, por la adición de agua o de otro efluente más diluido) .

Con relación a la reacción de oxidación en el seno del reactor tubular y sus modos de realización preferibles, se podría hacer referencia a la solicitud WO 02/20414 que detalla estos aspectos.

El proceso de la invención está bien adaptado para el tratamiento de la mayor parte de los efluentes acuosos, en particular los lodos urbanos y los efluentes que provienen de las industrias básicas y de transformación, particularmente los efluentes que provienen de las industrias agro-alimenticias, papeleras, químicas, farmacéuticas,; de refinación, petroleras, mecánicas, metalúrgicas, aeronáuticas y nucleares.

La invención será ilustrada con mayor ventaja por los ejemplos ilustrativos dados posteriormente.

Descripción Detallada de la Invención Ejemplo 1: evaluación de la eficacia del proceso según la invención para el tratamiento de un desecho salido de la industria química Para ilustrar el interés del proceso de la presente invención, se realiza la oxidación hidrotérmica de un desecho utilizando el dispositivo descrito en O 02/20414 en diferentes condiciones, expuestas posteriormente. Las modalidades 1 y 2 corresponden a la utilización según la invención y los dos siguientes son provistos en calidad comparativa.

El desecho tratado es un desecho salido de la industria química que contiene únicamente compuestos a base de los elementos C, H y 0 (mezcla que comprende esencialmente los alcano alcoholes y los ácidos orgánicos del tijjjo Plácido graso) . A partir de este desecho, se obtiene un' medio acuoso cuyo DTO ha sido controlado y regulado corriente arriba del reactor de oxidación, para obtener a la entrada del reactor un valor de DTO llamado "DTO inicial" ¦ cuyos valores son proporcionados posteriormente. La mezcla ha sido precalentada a la entrada del reactor, luego inyectada ; en el reactor en donde se realiza una inyección múltiple de oxígeno en tres puntos más y más corriente arriba. La primera inyección hace subir el medio a una temperatura TI, la segunda a una temperatura T2 y la tercera a una temperatura T3, según un perfil de temperatura creciente (sin la reducción jamás de la temperatura) . Se ha medido el DTO del flujo a la salida del reactor, llamado "DTO final". • modalidad 1 : DTO inicial = 180 g/1 Temperatura de inyección: 250 °C TI = 360 °C T2 = 450 °C T3 = 550 °C Según esta modalidad ilustrativa de la presente invención, se obtiene una conversión eficaz de los desechos, con un DTO final igual a 30 mg/1, con una matriz de elevación de la temperatura. · modalidad 2 : DTO inicial = 140 g/1 Temperatura de inyección: 340 °C , . . ; TI = 370 °C :·:'"': T2 = 450 °C ;. :;¡ T3 = 530 °C : Según esta modalidad ilustrativa de la prjesente invención, se obtiene una conversión eficaz de los desechos, con un DTO final igual a 110 mg/1, con una, matriz de elevación de la temperatura. ¦ modalidad 3 : DTO inicial = 120 g/1 Temperatura de inyección: 250 °C TI = 340 °C T2 = 350 °C T3 = 365 °C Según la modalidad, en donde el DTO es más reducido que aquel manifestado según la invención, el DTO final es de 25 g/1 +- 5 g/1, el cual es muy elevado, y no permite un tratamiento suficiente del desecho (DTO de rechazo muy elevado) . ¦ ¦ modalidad 4 : DTO inicial = 250 g/1 Temperatura de inyección: 250 °C Ti = 360 °C T2 = 450 °C ; ; T3 = 580 °c ; Según la modalidad, en donde el DTO es más elevado que aquel manifestado según la invención, el DTO final; es de 65 g/1 +- 5 g/1, el que es muy elevado. La modalidad Hasta un DTO de 250 g/1 corresponde además a un límite . al ..«cual la temperatura se vuelve muy elevada, induciendo un riesgo de deterioro del reactor. , · Ejemplo 2 : evaluación de la eficacia del proceso según la invención para el tratamiento de un desecho salido de una destilería El desecho tratado es un desecho salido de una destilería constituido de derivados alcohólicos y",;"de los derivados de azúcares mayoritariamente . A partir dé este desecho, se obtiene un medio acuoso cuyo DTO ha sido controlado y regulado corriente arriba del reactor de oxidación, para obtener a la entrada del reactor un valor de DTO llamado "DTO inicial" cuyo valor está dado posteriormente. La mezcla ha sido precalentada a la entrada del reactor, luego se inyecta en el reactor en donde se ha realizado una inyección múltiple de oxígeno en tres puntos más y más corriente arriba. La primera inyección hace subir el medio a una temperatura TI, la segunda a una temperatura T2 y la tercera a una temperatura T3 , según un perfil, de la temperatura creciente (sin que exista jamás una disminución de la temperatura) . Se ha medido el DTO del flujo a la salida del reactor, llamado "DTO final" .

DTO inicial: 220 g/1 Temperatura de inyección: 200 °C TI = 370 °C T2 = 450 °C T3 = 570 °C Según esta modalidad ilustrativa de la presente invención, se obtiene una conversión eficaz de los desechos, con un DTO final igual a 100 mg/1, con una matriz de elevación de la temperatura. · ¦ Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro- de la presente descripción de la invención

Claims (9)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un proceso de oxidación hidrotérmica de los compuestos orgánicos contenidos en un efluente acuoso, opcionalmente con los compuestos inorgánicos oxidables, en el cual el efluente acuoso es inyectado dentro de un reactor tubular en donde se lleva el efluente a una presión supercrítica y en donde la temperatura del efluente es aumentada progresivamente desde su temperatura inicial hasta una temperatura supercrítica, designada por Tfinai; sin disminución intermedia de la temperatura en el momento ; de la evolución creciente hasta Tfinai, introduciendo dentro del reactor tubular una cantidad del agente oxidante suficiente para oxidar totalmente los compuestos orgánicos y opcionalmente para oxidar al menos en parte los compuestos inorgánicos oxidables, el agente oxidante es introducido de manera fraccionada en varios puntos situados más y más corriente arriba del reactor, i caracterizado porque la composición y/o la concentración de los compuestos orgánicos y/o de los compuestos inorgánicos oxidables dentro del efluente que se va a tratar varían con el transcurso del tiempo, y porque, corriente arriba del reactor tubular en donde es efectuada la oxidación, sé mide el requerimiento químico total de oxígeno del efluente que se va a tratar y se mantiene o se ajusta si es necesario, a un valor superior a 120 g/1 e inferior a 250 g/1 prevismente a su inyección en el reactor tubular.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque corriente arriba del reactor tubular en donde se efectúa la oxidación, se mide el requerimiento químico total de oxígeno del efluente que se va a tratar y se mantiene, o se ajusta si es necesario, a un valor comprendido entre 130 y 240 g/1, de preferencia entre 130 y 220 g/1, ventajosamente entre 140 y 220 g/1, previamente a su inyección en el reactor tubular.

3. El proceso de conformidad con; las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porgue el efluente que se va a tratar contiene compuestos orgánicos únicamente, con la exclusión de los compuestos inorgánicos oxidables y en donde el requerimiento químico total de oxígeno del efluente es mantenido o ajustado entre 150 o 220 g/1 antes ; de la inyección en el reactor tubular.

4. El proceso de conformidad con: las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el efluente que se va a tratar contiene compuestos inorgánicos oxidables, y en donde el requerimiento químico total de oxígeno del efluente es mantenido o ajustado a un valor superior a 120 g/1 e inferior o igual a 220 g/1, antes de la inyección en el reactor tubular.

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el DTO del efluente es mantenido o ajustado entre 150 y 200 g/1 antes de la inyección en el reactor tubular.

6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se re utiliza corriente arriba del reactor de oxidación, un dispositivo de análisis y de preparación del efluente que se va a [ tratar que lleva típicamente, corriente arriba: - una zona de análisis del efluente que se va a tratar, provista de medios de análisis del DTO del efluente; - una zona de ajuste del DTO, provista de medios de introducción del medio contenido en la zona de análisis, y de medios que permiten diluir o concentrar el medio contenido en la zona de ajuste; y - medios de introducción del medio ajustado; en la zona de ajuste hacia el reactor de oxidación.

7. El proceso de conformidad con cualquiera .de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque corriente ; arriba del reactor tubular en donde se efectúa la oxidación,! i se mide la concentración de los halógenos en el efluente¦ que.«sie va a tratar y se mantiene, o se ajusta si es necesario, a un valor inferior a 2 g/1 y de preferencia inferior a 1 g/1.

8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque corriente arriba del reactor tubular en donde es efectuada la oxidación, se mide la concentración de las sales en el efluente que se va a tratar y se mantiene, o se ajusta si es necesario, a un valor inferior a 10 g/1 y de preferencia inferior a 5 g/1.

9. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones l a 6, caracterizado porque el efluente tratado es un efluente acuoso elegido entre los lodos urbanos y los efluentes salidos de las industrias básicas' y de transformación, particularmente los efluentes que provienen de las industrias agro-alimenticias, papeleras, químicas, farmacéuticas, de refinación, petroleras, mecánicas, metalúrgicas, aeronáuticas o nucleares.