MXPA05006822A - Metodo y planta para el tratamiento termico de solidos granulados en un reactor de lecho fluidizado - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un proceso y a un aparato para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un reactor de lecho fluidizado (3, 3a) que se encuentra dentro de un reactor de capa de fluidización (1, 1a, 38) a través del cual una radiación de microondas es introducida al reactor de capa de fluidización (1, 1a, 38) a través de por lo menos una guía de ondas tubular (5, 46), y un aparato correspondiente. Para impedir sedimentaciones en la guía de ondas tubular (5, 46) se alimenta una corriente de gas a través de la misma guía de ondas tubular (5, 46) al reactor de capa de fluidización (1, 1a, 38).

Description

MÉTODO Y PLANTA PARA EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE SÓLIDOS GRANULADOS EN UN REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO Campo de la Invención La invención se refiere a un proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado que se encuentra en un reactor de capa de fluidización en el cual se introduce una radiación de microondas a través de por lo menos una guía de ondas tubular en el reactor de capa de fluidización, además del aparato correspondiente.

Antecedentes de la Invención En guías de ondas tubulares abiertas existe el peligro que la fuente de microondas sea ensuciada y dañada con el correr del tiempo de uso por polvo o gases. Esto puede ser impedido por medio de ventanas que son transparentes a las microondas que cierran la guía de ondas tubular entre el reactor y la fuente de microondas. Sin embargo en este caso, sedimentos sobre la ventana conducen a una reducción de la radiación de microondas Hay varias posibilidades de acoplar una fuente de microondas en un reactor de capa de fluidización de ese tipo. Entre ellos se cuenta por ejemplo una guía de ondas tubular cubierta, una antena de ranura, una conjunción de acoplamientos, un tabique de desvío, una antena coaxial llenada con gas u otro dieléctrico, o una guía de ondas tubular cerrada con una sustancia transparente a las microondas (ventana). El desacoplamiento de la microondas del ducto de introducción puede para eso lograrse por diferentes caminos. La energía de microondas puede ser transportada teóricamente sin pérdidas en guías de ondas tubulares. La reacción de la guía de ondas tubular resulta como desarrollo lógico de un circuito eléctrico de bobina y condensador hacia frecuencias muy altas. Un circuito eléctrico de este tipo también puede ser operado teóricamente sin pérdidas. Al elevar la frecuencia de resonancia de la bobina de un circuito eléctrico oscilante se forma un medio enrollado que corresponde a uno de los lados de la sección de una guía de ondas tubular. El condensador se transforma en un condensador de placas que también corresponde a los lados de la sección de la guía de ondas tubular. En el caso real un circuito oscilante pierde energía por la resistencia óhmica en el embobinado y en el condensador. La guía de ondas tubular pierde energía por la resistencia de la pared de la guía de ondas tubular. De un circuito eléctrico oscilante se puede desviar energía, aplicándole un segundo circuito oscilante que le quita energía al primero. En forma análoga se puede lograr, por ajustamiento por flanges de una segunda guía de ondas tubular a una primera guía de ondas tubular, desacoplar energía de ésta (transferencia de guías de ondas tubulares). Si la guía de ondas tubular se cierra por un cierre de cortocircuito detrás de la zona de acoplamiento es incluso posible desviar toda la energía a la segunda guía de ondas tubular. La energía de microondas en una guía de ondas tubular está encerrada por las paredes que son eléctricamente conductivas. En las paredes fluyen corrientes de pared y en la sección de la guía de ondas tubular existe un campo electromagnético cuya intensidad de campo puede ser varias veces 10 KV por m. Si se introduce una antena de varilla eléctricamente conductiva en una guía de ondas tubular, ésta puede desviar directamente la diferencia de potencial del campo electromagnético e irradiarla nuevamente en su extremo en forma apropiada (desacoplamiento por antena o punta). Una varilla de antena que entre por una abertura en una guía de ondas tubular y toca en otro lugar la pared de la guía de ondas tubular también puede extraer o puede quitar directamente las corrientes de pared y también las puede irradiar en su extremo si la guía de ondas tubular se cierra después del lugar de acoplamiento de la antena por un tabique de cortocircuito, también en este caso se puede desviar toda la energía de la guía de ondas tubular a la antena. Si las líneas de las corrientes de pared en guías de ondas tubulares son interrumpidas por corte, la energía de microondas sale por esos cortes de la guía de ondas tubular (desacoplamiento por corte) ya que la energía no puede continuar su flujo en la pared. Las corrientes de pared en una guía de ondas tubular rectangular fluyen en la mitad del lado ancho de la guía en forma paralela a la línea central, y en el medio del lado angosto de la guía de ondas tubular perpendicularmente a la línea central. Cortes transversales en el lado ancho y cortes longitudinales en el lado angosto por lo tanto desacoplan radiaciones de microondas desde guías de ondas tubulares. Las radiaciones de microondas pueden ser conducidas por perfiles huecos eléctricamente conductivos de la más variada geometría, siempre que las medidas se reduzcan por debajo de ciertos valores. El cálculo exacto de las condiciones de resonancia es matemáticamente muy complejo ya que en última instancia las ecuaciones de Maxwell (ecuaciones diferenciales no estacionarias no lineales) tienen que ser resueltas con las condiciones de borde correspondientes. Sin embargo el caso de una sección rectangular o circular de secciones de guías de ondas tubulares, las ecuaciones se dejan simplificar a tal grado, que son analíticamente resueltas, y, por eso hacen visibles problemas en el diseño de guías de ondas tubulares y las hacen fácilmente solubles. Debido a eso y basado en la relativa simplicidad de su construcción en la industria solamente se emplean guías de ondas tubulares de sección rectangular o cilindrica que también son empleadas preferentemente por esta invención. Las guías de ondas tubulares rectangulares empleadas normalmente están normadas en la literatura inglesa. Estas medidas normales fueron introducidas en Alemania por lo que en parte resultan en dimensiones diferentes. De acuerdo a la regla todas las microondas industriales de frecuencia 2,45 GHz están equipadas con una guía de ondas tubular rectangular del tipo R26 que tiene una sección de 43 por 86 mm. En guías de ondas tubulares hay diferentes estados de vibración: en el modo eléctrico transversal (MODO TE) la componente de campo eléctrica está perpendicular a la dirección de la guía de ondas tubular y la componente magnética en la dirección de la guía de ondas tubular. En el modo magnético transversal (MODO TM) la componente de campo magnética se encuentra perpendicular a la dirección de la guía de ondas tubular y la componente eléctrica en la dirección de la guía de ondas tubular. Ambos estados de vibraciones pueden ocurrir en todas las direcciones con diferentes números de MODO (por ejemplo TE- 1-1, TM-2-0). Un proceso para tratamiento térmico de sólidos granulares es conocido de la patente US 5,972,302 donde se somete minerales sulfídicos a una oxidación asistida por microondas. Aquí se trata principalmente de la tostación de pirita en el lecho fluidizado donde las microondas dirigidas al lecho fluidizado favorecen la formación de hematita y azufre elemental y suprimen la formación de SO2. Se trabaja ahí en un lecho fluidizado estacionario que es irradiado por la fuente de microondas que se encuentra directamente encima. Con eso la fuente de microondas o el lugar de entrada de las microondas entra necesariamente con los gases, vapores y polvos que emanan del lecho fluidizado. En la patente europea EP 0 403 820 B 1 se describe un proceso para el secado de sustancias en un lecho fluidizado donde la fuente de microondas se encuentra fuera del lecho fluidizado y las microondas son conducidas por medio de una guía de ondas tubular al interior del lecho fluidizado. Ahí una corriente de gases es alimentada por una guía de ondas tubular en el reactor de capa de fluidización, que también es empleado por la radiación de microondas. Por lo tanto la fuente de microondas está localizada fuera de la capa de fluidización estacionaria o circulante donde la radiación de microondas es alimentada al reactor de capa de fluidización, y donde a través de la guía de ondas tubular se introduce en adición a la radiación de microondas una corriente de gases.

Descripción de la Invención El objetivo básico de la invención es realizar en forma más eficiente la introducción de microondas en un lecho fluidizado estacionario o circulante, y proteger la fuente de microondas contra los gases, vapores, polvos y energía de microondas reflejada. Una mejora del proceso se logra cuando la corriente de gases conducida por la guía de ondas tubular contiene gases que reaccionan con el lecho fluidizado y que en caso de un reactor de capa de fluidización circulante incluso pueden ser empleados para una fluidización adicional del lecho fluidizado. Por lo tanto una parte del gas que hasta ahora era introducido por otros ductos en la capa de fluidización se usa para remover el polvo de la guía de ondas tubular. De acuerdo a esto también se puede no llegar a tener que disponer de gas de limpiado neutro. Por la corriente de gas que emana de la guía de ondas tubular se logra en forma segura que polvo o gases de proceso no puedan entrar a la guía de ondas tubular, expandirse hasta la fuente de microondas y dañar a ésta. Con eso también se logra, de acuerdo a la invención, obviar el empleo de ventanas transparentes a las microondas en la guía de ondas tubular para proteger la fuente de microondas, como son usuales en el estado de la técnica. En éstos existe el problema que sedimentaciones de polvo u otros sólidos en la ventana pueden reducir la radiación de microondas y absorberla parcialmente. Por eso son especialmente ventajosas las guías de ondas tubulares abiertas de acuerdo con la invención. Un mejoramiento del proceso se logra cuando la corriente de gases alimentada por la guía de ondas tubular contiene gases que reaccionan con el lecho turbulento fluidizado y en el caso de un reactor con capa de fluidización circulante incluso pueden ser empleados para una fluidización adicional del lecho turbulento. Por lo tanto se usa una parte de los gases que hasta ahora se agregaban por otros ductos a la capa de fluidización para prevenir la formación de polvos en la guía de ondas tubular. Con Esto también se puede no requerir un gas de lavado neutro. Una mejora adicional resulta cuando de acuerdo a la invención la corriente de gas alimentada a través de la guía de ondas tubular tiene una diferencia de temperatura con respecto a los gases y sólidos presentes en el reactor de capa de fluidización. Con eso se puede introducir específicamente, de acuerdo al efecto observado, calor adicional al lecho fluidizado o enfriar el lecho fluidizado. El tratamiento térmico puede ocurrir no solamente en un lecho fluidizado estacionario sino que también en uno circulante (lecho fluidizado circulante), donde los sólidos circulan continuamente entre un reactor de capa de fluidización, un separador de sólidos que está unido al área superior del reactor de capa de fluidización y un ducto de recirculación que une el separador de sólidos con la parte inferior del reactor de capa de fluidización. Normalmente la cantidad de sólidos que están circulando por hora corresponden a tres veces la cantidad de sólidos presentes en el reactor de capa de fluidización. Los sólidos pueden también ser conducidos a través de por lo menos dos reactores de capa de fluidización consecutivos o dos con cámaras de fluidización separados con tabiques y paredes de separación en los cuales se forman las capas fmidizadas estacionarias y son alimentadas las ondas electromagnéticas (microondas) que provienen de la guía de ondas tubular. Para eso también es posible que el sólido se mueva como lecho móvil desde un reactor de capa de fluidización al reactor de capa de fluidización vecino. Una variante consiste en que entre los dos reactores de capa de fluidización vecinos esté dispuesta una cámara intermedia conectada con las dos cámaras de fluidización que contiene un lecho de fluidización de sólidos particulados, donde la cámara intermedia no tiene añadida una guía de ondas tubular. Otra variante del proceso de acuerdo a la invención consiste en que para la separación de ambas cámaras de fluidización se usa una pared separadora con una abertura en el área del fondo. Especialmente conveniente se puede ajustar las condiciones del proceso, en particular la temperatura, la composición del gas de fluidización, el aporte de energía, y/o la velocidad del gas de fluidización para cada uno de los varios reactores de capa de fluidización. En un lecho de fluidización o varios lechos de fluidización en serie, los sólidos pueden ser por ejemplo conducidos primero por una cámara de precalentamiento que está conectada delante del primer lecho de fluidización. Además es posible que el último lecho de fluidización que sirve para el tratamiento térmico, sea seguido por una cámara de enfriamiento para enfriar el producto de sólidos. Otra ventaja adicional resulta por el hecho que debido ala corriente continua del gas a través de la tobera de gas central a que está conformada la guía de ondas tubular se logra evitar la formación de sedimentos de sólidos. Esta sedimentación de sólidos cambia en forma indeseable la sección de la guía y absorbe una parte de la energía de microondas que había sido planificada para los sólidos en el reactor. Por la absorción de energía en la tobera de gas central ésta además se calentaría intensamente por lo que el material estaría sometido a un fuerte desgaste térmico. Además sedimentos sólidos causarían en la tobera de gas central adherencias indeseadas sobre la fuente de microondas. Como fuente de microondas o sea como fuente para las ondas electromagnéticas conviene por ejemplo un magneton o klistron. Además se pueden emplear generadores de alta frecuencia con embobinados correspondientes o transistores de potencia. Las frecuencias de las ondas electromagnéticas que emanan de la fuente de microondas están normalmente en el rango de 300 MHz a 30 GHz. Preferentemente se usa las frecuencias ISM de 435 MHz, 915 MHz y 2,45 GHz. Las frecuencias óptimas se determinan convenientemente para cada aplicación en una corrida de ensayo. La guía de ondas tubular consiste de acuerdo a la invención completamente o mayoritariamente de material conductor eléctrico, por ejemplo, cobre. El largo de la guía de ondas tubular se encuentra en el rango de 0,1 a 10 m. La guía de ondas tubular puede ser derecha o doblada. Preferentemente se usa para esto perfiles con una sección redonda o rectangular donde las dimensiones son adaptadas especialmente a la frecuencia empleada. Las temperaturas en el lecho de fluidización (capa de fluidización anular estacionaria) se encuentran normalmente desde 300 hasta 1200 °C. Para procesos determinados se puede agregar adicionalmente calor indirecto, al lecho de agitación. Para la medida de temperatura en el lecho de agitación son especialmente convenientes sensores aislados, pirómetros de radiación o sensores de fibra óptica. De la velocidad del gas en la guía de ondas tubular (tubo de admisión de gas) se ajusta de acuerdo a la invención para que el número Froude de partículas en la guía de ondas tubular se encuentre en el rango entre 0,1 y 100. Para eso el número Froude de partículas se define como sigue: con u = velocidad efectiva de la corriente de gas en m/s ps = densidad de las partículas o el gas de proceso que penetran en la guía de ondas tubular, en kg/m . Pf = densidad efectiva del gas de lavado en la guía de ondas tubular, en kg/m dp = diámetro medio de las partículas presentes en el interior del reactor durante el funcionamiento del reactor (o de las partículas que se forman) en metros.

G = constante gravitacional en m/s2. Para prevenir la entrada de partículas sólidas o gases de proceso generados del reactor a la guía de ondas tubular fluye, entre otros, gas que sirve como gas de lavado a través de la guía de ondas tubular. Partículas sólidas pueden ser por ejemplo partículas de polvo presentes en el reactor o también los sólidos a tratar. Gases de proceso se forman en el proceso que tiene lugar en el reactor. Por la indicación de determinados números de Froude de partículas se toma en consideración de acuerdo a la invención la razón de densidad de las partículas o gas de proceso que penetran con el gas de lavado para ajustar la velocidad el gas, que es responsable junto a la velocidad de la corriente de gas si la corriente de gas puede arrastrar las partículas penetrantes o no. Con esto se puede prevenir que sustancias penetren en la guía de ondas tubular. Para la medida de temperatura en el lecho de agitación es especialmente conveniente un número Froude de partículas entre 2 y 30. En el proceso de acuerdo a la invención, los sólidos granulados a tratar pueden ser por ejemplo minerales y especialmente minerales sulfurosos que por ejemplo se preparan para la obtención de oro, cobre, o cinc. Además se puede someter sustancias recicladas a un tratamiento térmico en un lecho de fluidización como por ejemplo óxido de los rodillos que contienen cinc o desechos. Si se somete minerales sulfurosos, como por ejemplo arsenopirita con oro, al proceso, el sulfuro es transformado en óxido y con eso por empleo de un procedimiento apropiado del proceso genera preferentemente azufre elemental y sólo pequeñas cantidades de SO2. El proceso de acuerdo con la invención disgrega la estructura del mineral en forma conveniente, de modo que una lixiviación siguiente da mayores rendimientos. El sulfuro de hierro arsenioso (FeAsS) así formado por el tratamiento térmico se puede deponer sin problemas. Es conveniente que los sólidos a tratar absorban por lo menos parte de las radiaciones electromagnéticas empleadas y así calienten el lecho. Sorprendentemente se ha mostrado que especialmente materiales tratados con campos de gran intensidad se pueden lixiviar con mayor facilidad. A menudo también se pueden realizar otras ventajas técnicas como por ejemplo menor tiempo de residencia o reducción de las temperaturas de proceso requeridas. Además la invención presente trata de un aparato especialmente para realización del proceso prescrito para el tratamiento térmico de sólidos granulares. Una instalación de acuerdo a la invención normalmente consiste de un reactor con lecho fluidizado diseñado como reactor de suspensión, una fuente de microondas posicionada fuera del reactor, y una guía de ondas tubular para la introducción de radiación de microondas en el reactor, donde la guía de ondas tubular está conformada como un tubo de admisión de gas por el cual en adición a la radiación de microondas, se puede introducir una corriente de gas en la cámara de fluidización. La corriente de gas sirve para la generación de una capa de fluidización circulante en la cámara de fluidización del reactor. Además el reactor puede ser conformado por canaletas y presentar un fondo que deja pasar el gas de fluidización, lo que significa que tiene perforaciones o canaletas con aberturas, toberas de campana u otros fondos provistos de aberturas apropiadas para la técnica de fluidización. Este reactor construido con canaletas de fluidización puede estar conformado horizontalmente y un pequeño ángulo de inclinación de unos pocos grados, y tener una razón de largo a ancho de por lo menos 1,5 a 1, por ejemplo de 4 a 1. En un reactor de forma de canaleta de este tipo se deja realizar bien el tratamiento y transporte de los sólidos granulados, de acuerdo a la invención. Para subdividir el reactor de canaletas fluidizado en varias zonas, se puede introducir de acuerdo al proceso, paredes intermedias o tabiques dentro de la capa de fluidización formada en la canaleta y/o en el espacio de gas que se encuentra sobre la capa de fluidización, donde se mantiene una abertura para el traspaso de los sólidos granulados. En estos especialmente conveniente se les puede introducir paredes o tabiques que sirven para la separación de zonas movibles de modo que la altura del material fluidizado y la altura de la canaleta que controla el traspaso de zona a zona pueden ser variadas. La profundidad de las canaletas de fluidización se escoge de tal forma que en cada zona se logra por el mezclado un estado energético casi igual. En vez de tabiques de transición, en materiales fluidizados apropiados también se puede usar el principio del sifón. Aberturas para la entrada de las microondas, con guía de ondas tubular asociadas pueden ser consideradas para todas zonas o para algunas de ellas. Posibilidades de continuación, ventajas y aplicaciones de la presente invención son dadas también por las descripciones de ejemplos de diseño y dibujos que siguen. Con eso todas las características descritas y/o representadas por sí solas y en cualquier combinación forman la materia de la invención, independientemente de lo establecido en las reivindicaciones o las referencias de éstas.

Breve Descripción de los Dibujos Se muestra en: Figura 1 una representación esquemática para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado estacionario Figura 2 una variante del proceso con un lecho fluidizado circulante Figura 3, 4, 5, 6: una variante del proceso con varios lechos fluidizados estacionarios.

Descripción Detallada de la Forma Preferida de Realizar el Proceso En la figura 1 está representado un aparato para la realización del proceso de acuerdo a la invención para el tratamiento térmico de sólidos granulados en una capa de fluidización 3 denominada también lecho fluidizado. El aparato consta de un reactor de capa de fluidización 1 al que se le agrega el sólido granulado a tratar, a través del ducto 2. Ahí los sólidos forman en una cámara un lecho fluidizado 3 que es atravesado por un gas de fluidización tal como aire. Para eso el gas de fluidización es conducido a través de un distribuidor de gases 4 al lecho de fluidización 3. En el área superior del reactor de capa de fluidización 1 está conectado a la cámara que contiene la capa de fluidización estacionaria 3, una guía de ondas tubular abierta 5 que conduce a una fuente de microondas 7. Las ondas electromagnéticas provenientes de la fuente de microondas 7 son conducidas pro la guía de ondas tubular 5 y alimentadas a la cámara del reactor de capa de fluidización 1. Ellas contribuyen por lo menos parcialmente al calentamiento del lecho fluidizado 3. Además se introduce por una tubería lateral 6 gases de lavado tal como por ejemplo aire o nitrógeno en la guía de ondas tubular 5 que fluye al reactor de capa de fluidización 1 e impide la entrada de polvo o gases de proceso de la cámara que tiene el lecho fluidizado estacionario 3 a la guía de ondas tubular 5. De esta forma se protege la fuente de microondas de daños y se impide al mismo tiempo depósitos de impurezas en la guía de ondas tubular que absorben microondas sin que la guía de ondas tubular 5 tenga que ser cerrada por una ventana que sea transparente a las microondas. Si es necesario para el proceso un calentamiento adicional del lecho fluidizado estacionario 3, se puede realizar con un intercambiador de calor 8 que está dispuesto en el lecho fluidizado 3. Gases y vapores formados abandonan la cámara del reactor de capa de fluidización 1 a través del ducto 9 y son conducidos a un enfriamiento y desempolvamiento que son ampliamente conocidos. Los sólidos granulados tratados son extraídos por el ducto de salida 10 del reactor de capa de fluidización 1. En la figura 2 el reactor de capa de fluidización 1 está representado como reactor con un lecho fluidizado circulante (capa de fluidización). Los sólidos a tratar son introducidos por el ducto 2 al interior del reactor de capa de fluidización 1 y arrastrados por el gas de fluidización introducido al reactor de capa de fluidización con lo que se genera la capa de fluidización circulante. Los sólidos enseguida son removidos por lo menos parcialmente por el gas a través de un ducto 11 del reactor de capa de fluidización 1 y llevados a un separador de sólidos 12. Los sólidos separados en él son llevados por lo menos en parte por un ducto de recirculación 13 al área inferior de la capa de fluidización circulante del reactor de capa de fluidización 1. Una parte del sólido también puede ser removido por el ducto de salida de productos 14. Sólidos gruesos que se depositan en la parte inferior del reactor de capa de fluidización pueden ser retirados por el ducto 15 del reactor 1. El gas de fluidización para la formación de la capa de fluidización circulante, por ejemplo aire, se lleva primero a un distribuidor 4h antes de fluir a través de la rejilla 4i hacia el reactor de capa de fluidización 1, arrastrando especialmente el sólido granulado fino formando como lecho fluidizado una capa de fluidización circulante.

Una guía de ondas tubular 5 une la fuente de microondas 7 con la cámara del reactor de capa de fluidización 1 a través del cual como se muestra en el aparato de la figura 1 para el calentamiento de los sólidos granulados, son alimentadas las microondas al reactor 1. En adición gas de lavado fluye desde el ducto 6 a través de la guía de ondas tubular 5 para impedir la entrada de impurezas y depósitos en la guía de ondas tubular 5. También en el presente caso el interior de la cámara puede estar provisto de uno o varios intercambiadores de calor para el calentamiento adicional de los sólidos granulados los que para simplificación no están representados en la figura 2. Gas que contiene polvo abandona el separador de sólidos 12 a través de un ducto 9 y primero es enfriado en un mtercambiador de calor 16 antes de pasar por un removedor de polvo 17 con lo cual el polvo separado puede ser removido del proceso o puede ser retornado de nuevo a la cámara del reactor de capa de fluidización 1 a través de un ducto no representado. De acuerdo a la figura 3, dos reactores de capa de fluidización estacionarios 1 y la están dispuestos en serie, donde entre las cámaras de los dos reactores 1 y la se encuentra una cámara intermedia le. En las tres cámaras el sólido forma un lecho fluidizado 3, 3a que es atravesado por el gas de fluidización. El gas de fluidización para cada cámara es traído por un ducto propio 4a, 4b, 4c. Los sólidos granulados a tratar son introducidos en el primer reactor de capa de fluidización 1 a través del ducto 2 y los sólidos tratados en forma final abandonan el segundo reactor de capa de fluidización la a través de un ducto de salida 10. Del área superior de la cámara del primer reactor baja un primer tabique 19. Sin embargo no llega hasta el fondo, de modo que en el fondo queda abierta una abertura 20 a través de la cual los sólidos pueden pasar del primer lecho fluidizado 3 al lecho fluidizado 3a de la cámara intermedia le. La cámara intermedia le llega hasta una segunda pared 21 sobre la cual los sólidos del lecho fluidizado 3a de la cámara intermedia le son movidos a la cámara del segundo reactor de capa de fluidización la. Las cámaras de los dos reactores 1 y la están conectados de acuerdo a la figura 1 y 2 a sendos ductos tubulares 5 con ductos de aire de lavado 6 y fuente de microondas 7 por el cual microondas y gases de lavado son introducidos en los reactores 1 y la. En las cámaras de los reactores 1 y la pueden también ser instalados elementos de intercambio de calor 8.

El área del gas 22 sobre el lecho fluidizado 3 del primer reactor de capa de fluidización 1 es separado por la pared vertical 19 del espacio de gas 23 que pertenece al segundo reactor le y la cámara intermedia le. Para las cámaras de gas 22, y 23, existen diferentes ductos de remoción de gases 9 y 9a. Por eso en las cámaras de los reactores 1 y la se pueden mantener diferentes condiciones, especialmente diferentes temperaturas, o pueden ser agregados diferentes gases de fluidización por los ductos separados de admisión de gases 4a, 4b, 4c. Además ambas fuentes de microondas 7 pueden ser equipadas en forma diferente y cumplir diferentes tareas. Particularmente pueden ser generadas microondas de diferente frecuencia o energía e introducidas a través de la guía de ondas tubular 5. De acuerdo a la figura 4 dos reactores de capa de fluidización estacionarios 1 y la están armados en serie sin cámara intermedia, donde entre ambos hay un tabique o una pared de separación 19. En las cámaras de los dos reactores 1 y la los sólidos forman un lecho fluidizado estacionario 3, 3a que es fluidizado por varios ductos instalados en paralelo 4a, 4b, 4c. Los sólidos granulados a tratar son añadidos al primer reactor de capa de fluidización 1 a través del ducto 2 y los sólidos tratados abandonan el reactor de capa de fluidización la a través del ducto de salida 10. Del área superior de la cámara del primer reactor 1 desciende una primera pared 19 que no llega hasta el fondo, de modo que en el fondo queda abierta una abertura 20 por la cual los sólidos del primer lecho fluidizado 3 pueden migrar al lecho fluidizado 3a del segundo reactor de capa de fluidización la. A las dos cámaras de reacción 1 y la van sendas guías de ondas tubulares 5 que están conectadas a fuentes de microondas 7. A través de estas guías de ondas tubulares 5 abiertas son introducidas microondas de acuerdo a los principios ya descritos en las formas anteriores en los dos reactores 1, la para calentar los sólidos a tratar que absorban las microondas y alcanzan las temperaturas del proceso requeridas. Con eso también fluyen a través de los ductos de aire de lavado 6, gas de lavado hacia el interior de las guías de ondas tubulares 5 para impedir las sedimentaciones. En las cámaras de los reactores 1 y la se pueden instalar elementos de intercambio de calor adicionales. El área gaseosa 22 sobre el lecho fluidizado 3 del primer reactor de capa de fluidización 1 es separada del área de gas 23 que pertenece a la cámara del segundo reactor la, por la pared vertical 19. Existen distintos ductos de escape de gas 9 y 9a. Con eso se pueden mantener distintas condiciones en las distintas cámaras de reacción 1 y la, específicamente pueden ser distintas la temperatura y las composiciones de los gases. También pueden ser agregados distintos gases de fluidización a través de los distintos ductos 4a, 4b, 4c. Además las dos fuentes de microondas 7 pueden ser equipadas distintamente y cumplir distintas tareas. En el aparato de acuerdo a la figura 5, los sólidos que son introducidos por el ducto 2 primero entran en la pre-cámara 31 y llegan por una primera cámara intermedia 32 al primer reactor de capa de fluidización 1. De éste los sólidos pasan a través de una segunda cámara intermedia le en el segundo reactor de capa de fluidización la y finalmente a través de una tercera cámara intermedia 33 a una cámara de enfriamiento 34, antes de que los sólidos tratados y enfriados sean evacuados a través del ducto de salida 10. En la cámara del reactor de capa de fluidización 1 y la desembocan sendas guías de ondas tubulares 5 con las correspondientes fuentes de microondas, no representadas, de acuerdo a los principios ya descritos para microondas en los reactores 1 y la. En todas las cámaras hay lechos fluidizados estacionarios a los que se pueden introducir gases de fluidización por los ductos de admisión de gases 4a al 4g para cada cámara separada. Los gases escapan a través de los correspondientes ductos 9a al 9d. En la cámara de enfriamiento 34 se encuentra dentro del lecho fluidizado una instalación de enfriamiento 35 para intercambio de calor indirecto, cuyo fluido de refrigeración, por ejemplo agua de refrigeración, se calienta en el equipo de refrigeración 35 y luego es conducido por el ducto 36 al intercambiador 37 en la cámara de precalentamiento 31. Ahí el líquido de enfriamiento entrega una parte de su calor a los sólidos en aquél lecho fluidizado, con lo cual se logra un aprovechamiento del calor que resulta muy económico. En la figura 6 se muestra como variante una instalación adicional de un reactor de canaleta de fluidización 38 de acuerdo a la invención, en el cual la capa de fluidización es generada en un fondo tipo canaleta 39 con aberturas para un gas de fluidización. El reactor de canaletas de fluidización 38 está subdividido por medio de las paredes ajustables 40 en cuatro zonas separadas, 41a hasta la 4 Id, donde la primera zona 41a es una zona de precalentamiento, la segunda zona 41b es una de oxidación, la tercera zona 41c es una de reducción, y la cuarta zona 41 d es una zona de enfriamiento. Cada zona, 41a hasta la 4 Id, está conectada a un separador de sólidos 42 o ciclón que separa el sólido arrastrado por el gas de fluidización de la corriente de gas, y lo devuelve a las zonas correspondientes 41a hasta la 4 Id. Los gases de salida de los separadores 42 son conducidos por medio de ductos apropiados para un aprovechamiento energético alto a otras zonas 41a hasta la 4 Id. Por un ducto de entrada 43 los sólidos a tratar son introducidos a la primera zona 41a del reactor 38. Como gas de fluidización se agrega a la primera zona 41a los gases de salida calientes de una primera cámara de combustión 44 para secar y precalentar el material cargado. Los sólidos precalentados llegan a través de la pared intermedia 40 a la zona de oxidación 41b en la que también gases de salida de una segunda cámara de combustión calientes son agregados de una segunda cámara de combustión 45. A las dos cámaras de combustión 44 y 45 hay conectados ductos de admisión para combustibles y aire como también gases de escape precalentados de otra zona de proceso 41a a la 4 Id. De la zona de oxidación 41b los sólidos son conducidos a la zona de reducción 41c. Los gases de escape de la zona de oxidación 41b también pueden ser conducidos para la protección del compresor conectado a continuación a través de un enfriador 47 a la zona de reducción 41c. Si es requerido este gas de escape es calentado de nuevo en un calefactor 49. Para llevar el sólido fluidizado al estado energético deseado se irradia adicionalmente con radiación de microondas a través de las guías de ondas tubulares 46 por las cuales fluye gas de lavado a las zonas de oxidación 41b y 41c. Por la irradiación de microondas los sólidos son calentados por una activación interna de modo que el estado energético se puede ajustar con facilidad. En la última zona 41 d el material tratado es enfriado por el aire admitido y es removido por el ducto de descarga 48. Para hacer más eficiente la entrada de microondas a una capa de fluidización estacionaria o circulante 3 y 3a, y proteger con eso la fuente de microondas 7 contra los gases, vapores y polvo, la fuente de microondas 7 está, de acuerdo con la invención, localizada fuera de la capa de fluidización 3 y 3a y del reactor de capa de fluidización 1, 1a, 38. La radiación de microondas es introducida al reactor de capa de fluidización 1, la, 38 por al menos una guía de ondas tubular abierta 5, 46 donde a través de la guía de ondas tubular 5, 46 además de la radiación de microondas fluye una corriente de gas hacia el interior del reactor de capa de fluidización 1, la, 38. Con la corriente de gas la guía de ondas tubular 5, 46 es mantenida libre de polvo lo que aumenta considerablemente el grado de alimentación de las microondas.

Ejemplos Ejemplo 1 tostación de minerales piríticos La pirita de tamaño en el rango de 80 a 180 µm es tratada en dos lechos fluidizados consecutivos 3 y 3a que están hechos de acuerdo a la figura 4. La irradiación en ambas cámaras es por microondas de frecuencia de 2,45 GHz. Como fuente de microondas se usó magnetrones. En el primer reactor de capa de fluidización 1 se agregan 182,5 kg/hr de pirita. Para la fluidización de la capa de fluidización 3 se usa 360 Nm3/h de nitrógeno que son agregados por el ducto 4a con lo que se establece una altura de la capa de fluidización de 20 cm. La velocidad másica del producto de reacción del primer reactor de capa de fluidización 1 es 153,5 kg/h después del tratamiento con microondas. La primera cámara se hace funcionar a 550 °C y una irradiación del magnetrón de 36 kW. Al segundo lecho fluidizado 3 a se introduce aire a través del ducto de aire 4c con un caudal de 120 Nm3/h. La segunda cámara es trabajada a 500 °C y una irradiación de microondas de 36 kW. Después de 90 minutos se establece un estado estacionario en que la corriente másica del producto de reacción sólido es de 140,2 kg/hr después del tratamiento con microondas. Como gas de lavado se usa cada vez el gas empleado para la fluidización lo que significa que nitrógeno en la primera cámara y aire en la segunda cámara a presión, liberado de aceite, que en cada caso tiene un caudal de 50 Nm3/h. La composición de fases de la pirita, y de los productos de la primera y segunda etapa del proceso son analizadas por difractometía Róntgen. En la pirita solamente se encuentra FeS2. Después del primer tratamiento de temperatura el sólido consiste de FeS y FeS2 sub estequiométricos con aproximadamente FeSx en que x = 1,4. Después de la segunda etapa ya no se pueden observar productos que contengan azufre, el sólido consiste sólo de hematita.

Ejemplo 2 tostación de minerales que contiene oro En la escala de laboratorio se trata mineral de oro de tamaño en el rango bajo 250 µm en una capa de fluidización circulante, que es realizada de acuerdo a la figura 2. La irradiación ocurre por microondas con una frecuencia de 2,45 GHz. Como fuente de irradiación sirve un magnetrón. A través de la guía de ondas tubular 5 se introduce al reactor 1 para limpieza 24 Nm3/h de aire. Alimentación Tipo Mineral de oro molido, secado y clasificado Fracción de partículas max µm 250 Composición % en peso carbono orgánico 1,05 Ca CO3 19,3 Al2O3 12,44 FeS2 2,75 Inertes, por ej SiO2 64,46 Cantidad inicial aproximada gr 100 Aparato Tipo del reactor capa de fluidización circulante con irradiación de microondas Diámetro del reactor mm 200 Magnetrón 500 , 2,45 GHz Acoplamiento de microondas guía de ondas tubular, R26 (43 x 86 mm) construido como ducto de aire secundario. Acoplado: análisis de gas en línea + lavado de gases Modo de trabajo continuo Condiciones de trabaio v resultados entrada salida Corriente másica, alimentación de minerales de oro kg/hr 195 Aire primario °C 250 Nm3/hr 30 °C 50 Gasto de aceite kg/hr 0.70 Aire secundario precalentado con precalentamiento Luvo °C 425 Aire secundario empleado Nm3/hr 24 Aire seco °C 50 320 Nm3/hr 70 70 Mineral de desecho que sale del lecho fluidizado luvo °C 400 kg/hr 182 Gas de tostación total Nm3/hr 59 °C 600 Composición del aire CO2 vol % 23.3 N2 vol % 74.3 O2 vol % 2.4 SO2 ppV 134.1 La composición de fases del material inicial y del producto es analizado por refractometría de rayos Rontgen. Después del tratamiento no se puede demostrar la presencia de azufre residual ni de carbono orgánico en el desecho sólido, el sólido tiene una coloración gris clara.

Lista de la nomenclatura de los equipos 1, 1a reactor de capa de fluidización le cámara intermedia 2 ducto de admisión de sólidos 3, 3a capa de fluidización, lecho de fluidización 4 distribuidor 4a al 4g ductos 4h cámara de distribución 4i rejilla 5 guía de ondas tubular 6 ductos 7 fuente de microondas 8 intercambiador de calor 9 ducto, ducto para escape de gases 10 ducto de descarga 11 ducto 12 separador de sólidos 13 ducto para recirculación 14 ducto de descarga 15 ducto de escape 16 enfriador 17 removedor de polvo 19 pared de separación y tabique abertura 21 pared de separación y tabique 31 cámara de entrada 32 cámara intermedia 33 cámara intermedia 34 cámara de enfriamiento 35 instalación de enfriamiento 36 ducto 37 intercambiador de calor 38 reactor de canaleta fluidizado 39 fondo 40 tabiques intermedios 41a al 41d zonas 42 separador de sólidos 43 ducto de entrada 44 cámara de combustión 45 cámara de combustión 46 guía de ondas tubular refrigerador ducto de salida del producto calefactor

Claims (15)

1. Reivindicaciones 1.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado (3, 3a) que se encuentra en un reactor de capa de fluidización (1, la, 38) en el cual radiación de microondas es alimentada al reactor de capa de fluidización (1, la, 38) por a lo menos una guía de ondas tubular (5, 46), CARACTERIZADO porque una corriente de gas es alimentada por la misma guía de ondas tubular (5, 46) al reactor de capa de fluidización (1, la, 38).
2. 2.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque la corriente de gas introducida a través de la guía de ondas tubular (5, 46) contiene gases que reaccionan con el lecho fluidizado (3, 3 a).
3. 3.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a las reivindicaciones 1 o 2, CARACTERIZADO porque la corriente de gas alimentada por la guía de ondas tubular (5, 46) se usa adicionalmente para la fluidización del lecho fluidizado (3, 3a).
4. 4.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque al lecho fluidizado (3, 3a) se le agrega adicionalmente calor por la corriente de gas alimentado.
5. 5.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, CARACTERIZADO porque el lecho fluidizado (3, 3a) es enfriado por la corriente de gas introducido.
6. 6.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque el lecho fluidizado (3, 3 a) es parte de una capa de fluidización estacionaria y/o circulante.
7. 7.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque el reactor consiste de por lo menos dos reactores de capa de fluidización (1, la, 41a al 41d) que están separados uno de otro con tabiques o paredes de separación (19, 21, 40) de modo que los sólidos pueden moverse en forma de lecho móvil de un reactor de capa de fluidización (1, 41a al 41c) a un reactor de lecho fluidizado vecino (la, 41b al 4 Id).
8. 8.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque las condiciones del proceso especialmente la temperatura, la composición del gas de fluidización, el aporte de energía y/o la velocidad de fluidización, se pueden ajustar diferentemente para cada reactor de capa de fluidización.
9. 9.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque se impide la sedimentación de sólidos en la guía de ondas tubular (5, 46) por una corriente de gas introducida en la guía de ondas tubular (5, 46).
10. 10.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque la frecuencia empleada en la radiación de microondas está entre 300 MHz y 30 GHz, preferentemente a la frecuencia de 435 MHz, 915 MHz y 2,45 GHz.
11. 11.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque la temperatura en el lecho fluidizado (3, 3a) está entre 300 °C y 1200 °C.
12. 12.- Proceso para el tratamiento térmico de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque el número de partículas Froude Frp en la guía de ondas tubular (5, 46) es 0,1 a 100, preferentemente 2 a 30.
13. 13.- Aparato para el tratamiento de sólidos granulados en un lecho fluidizado (3, 3 a) especialmente para la realización del proceso de acuerdo a las reivindicación 1 a la 12 con un reactor de capa de fluidización (1, la, 38), una fuente de microondas y una guía de ondas tubular (5, 46) para introducir la radiación de microondas en el reactor de capa de fluidización (1), CARACTERIZADO porque a la guía de ondas tubular (5, 46) viene acoplada un ducto de admisión de gas 6 para introducir gas en el reactor de capa de fluidización (1, la, 38).
14. 14.- Aparato para el tratamiento de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a la reivindicación 13, CARACTERIZADO porque la guía de ondas tubular 5 tiene una sección rectangular o redonda cuyas dimensiones son especialmente adaptadas a la frecuencia empleada para la radiación de microondas.
15. 15.- Aparato para el tratamiento de sólidos granulados en un lecho fluidizado de acuerdo a la reivindicación 13 o 14, CARACTERIZADO porque la guía de ondas tubular (5, 46) tiene un largo de 0,1 a 10 mts.