MXPA06001872A - Metodo y aparato para la destruccion de desechos liquidos toxicos y la generacion de un gas reductor. - Google Patents

Abstract

La invencion se relaciona con un metodo y un sistema para destruir materiales liquidos toxicos por ejemplo bifenilos policlorados, y producir un gas reductor. En una modalidad preferida, no se generan substancias intermedias nocivas cuando los materiales toxicos se destruyen, por que se produce una atmosfera reductora por la combustion parcial de dichos materiales con un gas que contiene oxigeno molecular y vapor de agua. Los materiales liquidos que contienen altas concentraciones de BPC's se mezclan con hidrocarburos no toxicos para sostener una reaccion autotermica. La eficiencia del proceso de destruccion de BPC's excede las regulaciones ambientales requeridas y produce un gas reductor utilizable como gas de sintesis en procesos quimicos o como combustible para calentamiento o produccion de electricidad.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA LA DESTRUCCIÓN DE DESECHOS LÍQUIDOS TÓXICOS Y LA GENERACIÓN DE UN GAS REDUCTOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el manejo y la destrucción de desechos tóxicos. Más particularmente, la presente invención se relaciona con la transformación de materiales de desechos tóxicos, tales como compuestos orgánicos halogenados con líquidos y sólidos a un gas reductor no tóxico. El gas reductor no tóxico puede utilizarse como gas de síntesis, como combustible o como un agente reductor químico en, por ejemplo, la reducción química de óxidos de hierro a hierro metálico. Los documentos citados en este texto, y todos los documentos citados o referidos en los documentos citados en este texto, se incorporan aquí por referencia. Los documentos incorporados por referencia en este texto o cualquier contenido de los mismos pudieran usarse en la práctica de esta invención. Los documentos incorporados por referencia en este texto no se admiten como arte previo relevante. Adícionalmente, los autores o inventores referidos en los documentos incorporados por referencia en este texto no se deben considerar como "otro" u "otros" con respecto a los inventores de la presente invención y viceversa, especialmente cuando uno o más autores o inventores citados en los documentos incorporados por referencia en este texto son un inventor o inventores nombrados en el presente grupo de inventores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las substancias peligrosas y dañinas al ambiente, tales como bifenilos policlorados (BPC's) y su destrucción en forma segura son una preocupación importante en el mundo industrializado. Los PCB's son unos de los compuestos mejor conocidos referidos en la industria como POP's (contaminantes orgánicos persistentes). Estos contaminantes incluyen también pesticidas tales como DDT, y CFC's (clorofluorocarbonos), bencenos halogenados, fenoles halogenados, alcanos halogenados, cicloaicanos halogenados, dixinas halogenadas y dibenzofuranos halogenados. Se han propuesto un sinnúmero de métodos para desechar y destruir materiales de desecho tóxicos. Ver por ejemplo un reporte titulado "Destruction Technologies for Polychlorinated Biphenyls (PCBs)" by M.S.M. Muheebur Rahuman, Luigi Pistone, Ferruccio Trifiro and Stanislav Miertus(2002) (incorporado aquí por referencia). Algunos de los métodos descritos en este reporte pueden resumirse como sigue: (1) incineración a alta temperatura con oxígeno; (2) incineración en hornos de cemento; (3) oxidación super crítica; (4) oxidación electroquímica; (5) tecnología de electrones solvados; (6) reacciones de reducción química; (7) procesos de deshalogenación, y otras tecnologías complejas. La incineración con oxígeno se lleva a cabo típicamente en hornos rotatorios a temperaturas de aproximadamente 870°C a 1200°C. Se pueden lograr eficiencias de destrucción de hasta 99.9999 %. En algunos lugares se incineran desechos líquidos con concentraciones de BPC's superiores a 50 ppm si tal incineración cumple con un tiempo de residencia de por lo menos 2 segundos a 1200°C y 3% de exceso de oxígeno en los gases de chimenea. Uno de los problemas asociados con la incineración es el control del oxígeno atmosférico con el objeto de evitar la formación de dioxinas y benzofuranos que también son tóxicos. El tratamiento de los desecos en los hornos de cemento involucra también algún tipo de incineración. Como operan a temperaturas superiores a 1400°C y las condiciones internas son altamente alcalinas, los hornos de cemento descomponen los desechos orgánicos clorados. La cantidad de desechos, sin embargo, está limitada a una pequeña fracción de los requerimientos de combustible del homo y no se generan residuos líquidos o sólidos, puesto que todos los residuos salen del horno unidos al producto. Cuando son operados apropiadamente, la destrucción de compuestos clorados puede alcanzar 99.00%, sin afectar la calidad del gas de salida. Sin embargo, no todos los hornos de cemento reúnen las condiciones necesarias para este uso y no todas las compañías desean manejar productos de desecho en sus operaciones normales de producción. Las tecnologías de reducción química involucran la reducción química en fase gaseosa de compuestos orgánicos con hidrógeno a temperaturas superiores a aproximadamente 850°C. Este proceso ha sido aplicado para la destrucción de una variedad de compuestos orgánicos tales como clorofenoles, dioxinas, clorobencenos, pesticidas, herbicidas e insecticidas. Estos compuestos se convierten a metano. Aproximadamente 40% del metano producido se convierte a hidrógeno y CO mediante la reacción de conversión gaseosa de agua, y el metano remanenente se convierte a hidrógeno en un reformador catalítico de vapor que se combina con el aceite de desecho de manera que la reacción de oxidación se realiza en una atmósfera reductora sin oxígeno. De esta manera, se dice que la posibilidad de formación de dioxinas y furanos se elimina. La Patente de Estados Unidos No. 3,140,155 a J.A. Culi et al. se relaciona con un proceso y un horno para la recuperación de cloruro de hidrógeno de residuos clorados tales como hexacloro-ciclopentadieno, y triclorobencenos. Aunque el proceso de Culi involucra la reacción de los compuestos clorados con aire/oxígeno y vapor, no se pretende que los gases producidos de esa reacción comprendan proporciones significativas de hidrógeno y CO sino solamente obtener tanto cloruro de hidrógeno como sea posible. La patente de Estados Unidos No. 3,305,309 de R. G. Woodland et al. Se refiere a un proceso y aparato para convertir materiales orgánicos halogenados a productos gaseosos que comprenden dióxido de carbono y un halogenuro de hidrógeno. Los compuestos orgánicos halogenados se hacen reaccionar con aire u oxígeno y vapor en un quemador tubular donde se hace una mezcla fina del vapor con el material orgánico halogenado, pasando el vapor bajo presión a través de una zona restrictiva y una zona de expansión. El material halogenado es introducido a la zona de expansión y se pone en contacto con el vapor. La mezcla es atomizada pasándola a través de una zona restrictiva hacia una zona de expansión donde la mezcla se combina con oxígeno o aire. Preferiblemente, la mezcla atomizada se envuelve en el medio gaseoso a medida que es inyectada en la zona de combustión. Las patentes de Estados Unidos Nos. 4,074,981 y 4,468,376 describen un proceso para destruir un material orgánico halogenado por medio de la oxidación parcial de dicho material orgánico junto con un material de hidrocarburo y un compuesto de nitrógeno con un gas que contiene oxígeno libre. La oxidación parcial produce un gas de síntesis que contiene hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, cianuro de hidrógeno, halogenuro de hidrógeno y amoníaco. El gas de síntesis producido se contacta con agua que contiene amoníaco adicional para neutralizar el halogenuro de hidrógeno.

La patente de Estados Unidos No. 4,631,183 de Lalancette et al. se relaciona con un proceso para la destrucción de substancias orgánicas halogenadas tóxicas que comprende tratar en una cámara de reacción, bajo una atmósfera reductora y a altas temperaturas en el rango de 1000°C a 1600°C, una mezcla de una substancia halogenada tóxica, carbón y un carbonato o bicarbonato de un metal alcalino, de manera que se generan in situ vapores del metal alcalino causan la degradación total de la substancia tóxica a compuestos no tóxicos. Durante el proceso se genera monóxido de carbono y se oxida a dióxido de carbono en una cámara de combustión separada. Los gases resultantes de este proceso se oxidan totalmente, pero no se produce un gas utilizable que contenga hidrógeno y monóxido de carbono. La patente de Alemania DE 41 09 231 A1 describe un proceso para transformar hidrocarburos halogenados de desecho para producir un gas conteniendo hidrógeno y monóxido de carbono por la oxidación parcial con oxígeno en una reacción de flama. El hidrocarburo se combina con oxígeno bajo presión. Los gases producidos se enfrían y después se pasan a través de un convertidor catalítico para transformar los gases a una composición final deseada por medio de la conocida reacción de conversión gaseosa de agua. Los gases calientes se enfrían con agua conteniendo un aditivo alcalino. El proceso de esta patente sin embargo presenta varias desventajas, e.g. el hidrocarburo halogenado reacciona con oxígeno solamente sin la presencia de un moderador de temperatura, por lo tanto, la temperatura de flama es extremadamente alta requiriendo un recubrimiento refractario muy especializado. El contenido de dióxido de carbono en los gases producido por la combustión parcial es relativamente alto, y se requiere un reactor adicional para convertir una porción del monóxido de carbono a hidrógeno. El agua necesaria para la reacción de conversión gaseosa de agua se agrega al gas por evaporación del agua de enfriamiento. Este método de agregar el agua no es eficiente pues depende las condiciones de saturación de los gases. La patente de Estados Unidos 4,402,274 se relaciona con un proceso de oxidación parcial del material tóxico seguido de un enfriamiento de los productos de reacción. La patente de Estados Unidos No. 4,140,066 de Rathjen et al. describe un proceso para la descomposición térmica de compuestos orgánicos policlorados tales como fenilos o bifenilos policlorados que comprende tratar térmicamente dichos compuestos en una flama dentro de una cámara de combustión de alta turbulencia en un flujo espiral pulsante a una temperatura de por lo menos 850°C con un tiempo de residencia de por lo menos 0.1 segundos en presencia de un exceso de por lo menos aproximadamente 5% en peso de oxígeno sobre la base del carbón que se va a quemar, estando el BPC presente en el combustible de alimentación en una concentración de aproximadamente 0.1 a 30% en peso. El proceso de esta patente es un proceso de combustión completa y no produce un gas reductor como resultado de dicha reacción de oxidación. Las patentes Nos. 4,819,571 y 5,050,511 de Hallet describen un sistema para la destrucción de material orgánico de desecho (BPC's y materiales orgánicos de desecho similares) que comprende someter al material de desecho a una reducción con hidrógeno a una temperatura superior a 600°C con un calentamiento indirecto de la cámara de combustión, y posteriormente oxidar la mezcla caliente de reacción resultante a una temperatura superior a 1000°C. El sistema incluye un recipiente de reducción y un combustor adyacente para la reacción de oxidación. El proceso de esta patente comprende un método de dos etapas lo cual requiere por lo menos dos reactores de alta temperatura y un generador de hidrógeno. Las patentes Nos. 5,449,854 y 5,609,104 de Yap se refieren a un método y un incinerador para incinerar compuestos orgánicos halogenados. El proceso comprende dos etapas, uno donde un combustible auxiliar, por ejemplo gas natural, se combustiona parcialmente para generar hidrógeno y una segunda etapa donde los gases producidos en la primera etapa de queman totalmente con oxígeno adicional. Este proceso de dos etapas se dice que minimiza la formación de furanos y dioxinas halogenadas. El proceso de Yap es complejo y está dirigido a incinerar los compuestos halogenados, no a producir un gas utilizable. Las patentes de Estados Unidos No. 4,851 ,600, de Inglaterra 1 ,350,727 y de Alemania DE 41 25 518 también se relacionan con procesos para la destrucción de materiales orgánicos halogenados donde dichos materiales de queman completamente en múltiples etapas de combustión o en presencia de metales que captan el cloro. Las patentes de Estados Unidos 4,869,731 , 5,074,890 y 4,950,309 describen un proceso para la descomposición térmica de substancias orgánicas refractarias. Las substancias tóxicas se ponen en contacto con un medio oxidante y vapor a una temperatura en el rango de 2500°F (1371 °C) a 3200°F (1760°C) por un período de 5 a 500 milisegundos en una cámara de reacción. El proceso de esta patente requiere temperaturas extremadamente altas y el tiempo de reacción es muy corto. Por lo tanto, los materiales también están en contacto con carbón incandescente o refractario. La publicación de patente de Estados Unidos No. 2002/0098133 A1 se refiere a procesos para la conversión de materiales halogenados en uno o más productos útiles. Estos productos pueden ser un ácido y/o un gas de síntesis utilizables. Las patentes de Estados Unidos 2,928,460, 3,462,250,3,545,926, 3,743,606 y 3,874,592 describen quemadores para la oxidación parcial de hidrocarburos. Estas patentes proporcionan diseños para lograr la atomización de hidrocarburos líquidos combinando una corriente gaseosa de un oxidante con una corriente separada del hidrocarburo en el extremo de salida del quemador. Estos diseños de quemadores, sin embargo, se basan más en la atomización del líquido que en favorecer un patrón de flujo disperso de las fases líquida y gaseosa, y presentan la desventaja de no producir una flama coherente eficiente y no dispersa. Actualmente, se almacenan grandes cantidades de materiales contaminados, tales como los que contienen BPC's, y otros desechos tóxicos con un alto costo en muchos lugares del mundo esperando su destrucción. Esto implica importantes riesgos ambientales. Los métodos del arte previo para destruir materiales contaminados sin embargo, tienen muchas desventajas. Por ejemplo, los procesos del arte previo no destruyen completamente los BPC's. Adicionalmente, el costo de operación de estos procesos es alto; típicamente sin tomar en cuenta los beneficios económicos y el uso de equipo complejo y costoso y requieren reacciones en multi-etapas. Adicionalmente, pueden producirse substancias intermedias perjudiciales. Existe por lo tanto una necesidad en el arte para la destrucción de materiales tóxicos por medio de oxidación parcial y la generación de un gas reductor en un solo recipiente de reacción. También existe la necesidad de un método eficiente y de bajo costo para destruir tales materiales tóxicos sin producir substancias intermedias dañinas o no deseadas.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objeto de la invención proporcionar un proceso y equipo eficientes y de bajo costo para la destrucción de materiales de desecho tóxicos. Es otro objeto de la invención proporcionar un método y aparato para producir un gas reductor que puede utilizarse como combustible o agente reductor químico por ejemplo en la reducción de óxidos de hierro. Es todavía otro objeto de la invención destruir desechos tóxicos, tales como BPC's, sin producir substancias intermedias perjudiciales, tales como dioxinas.

Otros objetos serán señalados aquí posteriormente o serán evidentes para aquellos lectores expertos en el arte. De conformidad con una modalidad de la presente invención, por lo tanto, se proporciona un método para la destrucción de un material tóxico sin producir substancias intermedias perjudiciales, que tiene las etapas de destruir dicho material tóxico, por medio de una reacción de oxidación parcial en un recipiente de reacción calentado, contactando un material hidrocarburo líquido que comprende dicho material tóxico con vapor y una fuente de oxígeno, y produciendo con esa reacción un gas reductor que comprende hidrógeno y monóxido de carbono. De conformidad con otra modalidad de la presente invención, se proporciona un sistema para la destrucción de materiales de desecho tóxicos y para la producción de un gas reductor que comprende hidrógeno y monóxido de carbono, donde dicho sistema tiene una cámara de combustión parcial; un quemador donde reaccionan oxígeno, vapor y dichos materiales tóxicos produciendo una flama de gases a alta temperatura dentro de dicha cámara de combustión parcial; y medios para enfriar dichos gases de flama. En esta descripción, "comprende", "comprenden" y términos similares pueden significar "incluyen", "comprenden" y palabras similares.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En esta especificación y los dibujos que la acompañan, se muestran y se describen algunas modalidades preferidas de la invención, y se sugieren varias alternativas y modificaciones a la misma. Se entenderá que no se pretende que éstas sean exhaustivas y que pueden hacerse otros cambios y modificaciones dentro del alcance de la invención. Las sugerencias aquí contenidas se han seleccionado e incluido para propósitos de ilustración para que aquellos expertos en el arte puedan entender mejor la invención y los principios de la misma y están así facultados para modificarla en una variedad de formas, cada una como mejor se adapte para las condiciones de un uso particular.

En la descripción detallada que se incluye a continuación, se hará referencia a los dibujos anexos donde: La Figura 1 es un diagrama esquemático del proceso para procesar los hidrocarburos de desecho tóxicos. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un quemador utilizado para quemar parcialmente los hidrocarburos de desecho tóxicos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNAS MODALIDADES PREFERIDAS E ILUSTRATIVAS DE LA INVENCIÓN Típicamente, la destrucción de desechos tóxicos sigue un proceso en el cual se producen substancias intermedias nocivas. La presente invención destruye materiales tóxicos, tales como BPC's, con la ventaja de no producir estas substancias intermedias nocivas, tales como dioxinas o furanos. Por ejemplo, se ha descubierto inesperadamente que manteniendo la temperatura del refractario por arriba de la de los materiales alimentados, se aumenta la eficiencia de la reacción de combustión parcial. Adicionalmente, limitando la alimentación de oxígeno a una proporción menor que la necesaria estequiométricamente para combustión completa, no se generan dichas substancias intermedias tóxicas. En lugar de eso, uno de los productos finales de la presente invención es HCI, el cual puede ser neutralizado fácilmente con NaOH. Típicamente, se mantiene el refractario a una temperatura superior a aproximadamente 650°C, preferiblemente superior a aproximadamente 750°C, dependiendo del tipo de material que se gasifica. Adicionalmente, se ahorra combustible al calentar el refractario. De hecho, el arte previo usa combustible adicional para mantener una flama que calienta al refractario, lo cual se evita con la presente invención. La presente invención, por ejemplo, utiliza vapor de agua como fuente reductora, regulando la relación de oxígeno y monitoreando la temperatura, logra una eficiencia en la destrucción de desechos tóxicos de 99.9999%. También, el uso de vapor de agua es menos costoso que el uso de combustibles hidrocarburos, y el vapor de agua puede ser un subproducto de una reacción separada concurrente. En una modalidad preferida, la presente invención lleva a cabo la reacción de combustión mezclando vapor de agua y oxígeno, cuya mezcla envuelve a un chorro de líquido conteniendo BPC's en un tubo con dimensiones tales que se reúnen las condiciones para tener un flujo disperso de dos fases dentro de dicho tubo, de tal manera que se produce una flama estable, coherente, estrecha y controlada dentro de una cámara de combustión que rodea el extremo de salida de dicho tubo. La presente invención puede aplicarse a virtualmente cualquier hidrocarburo que tenga cualquier contaminante, sin estar limitados a, BPC's, dioxinas, pesticidas y solventes en cualquier concentración. Los hidrocarburos típicos incluyen aceites de equipos eléctricos contaminados con BPC's, pesticidas de desecho y otros aceites e hidrocarburos de desecho de la industria petroquímica. La presente invención también evita la necesidad de un convertidor catalítico que ordinariamente se utiliza para generar un gas reductor de proceso a partir de hidrocarburos. La presente invención proporciona, por ejemplo, un método para la destrucción de un material tóxico contenido en un hidrocarburo líquido sin producir substancias intermedias nocivas. Las etapas del método incluyen mezclar dicho hidrocarburo líquido comprendiendo dicho material tóxico con vapor de agua y un gas conteniendo oxígeno molecular en un canal de flujo y regular las velocidades de flujo de dicho hidrocarburo líquido y dicho vapor de agua y el gas conteniendo oxígeno de tal manera que la velocidad de la mezcla de líquido y gas en la salida de dicho canal de flujo sea superior a aproximadamente 40m/s; introducir dicha mezcla de líquido y gas en un recipiente de reacción que tiene un recubrimiento refractario a una temperatura superior a aproximadamente 650°C; mantener durante por lo menos 2 segundos los gases reductores producidos a alta temperatura que comprenden hidrógeno molecular dentro de dicho recipiente de reacción; mantener una temperatura superior a aproximadamente 1000°C en la salida de dicho recipiente de reacción; y enfriar y lavar con agua los productos gaseosos. Como resultado de este método, se produce un gas reductor que comprende hidrógeno y monóxido de carbono substancialmente libre de dicho material tóxico como resultado de la combustión parcial dicho hidrocarburo líquido. El material tóxico puede comprender una o más de las substancias: bifenilos policlorados, pesticidas, clorofluorocarbonos, bencenos halogenados, fenoles halogenados, aléanos halogenados, cicloalcanos halogenados, dioxinas haiogenadas o dibenzofuranos halogenados o combinaciones de éstas. En una modalidad preferida, el hidrocarburo líquido es aceite. Preferiblemente, la velocidad de la mezcla de líquido y gas a la salida de dicho canal de flujo es superior a aproximadamente 50 m/s. Además, el recubrimiento refractario de dicho recipiente de reacción se mantiene preferiblemente a una temperatura superior a aproximadamente 750°C. El hidrocarburo líquido a su vez, contiene preferiblemente menos de aproximadamente 50% en peso de bifenilos policlorados. En una modalidad, el hidrocarburo líquido conteniendo bifenilos policlorados se mezcla con hidrocarburos que no contienen bifenilos policlorados antes de introducir dicho hidrocarburo en dicho recipiente de reacción, para asegurar la combustión parcial autotérmica de la mezcla de hidrocarburos. Preferiblemente, la mezcla de hidrocarburos tiene menos de aproximadamente 50% en peso de bifenilos policlorados antes de ser introducida a dicho recipiente de reacción. La mezcla de hidrocarburos puede tener menos de aproximadamente 10% en peso de bifenilos policlorados antes de ser introducida a dicho recipiente de reacción. Adicionalmente, el agua utilizada para el enfriamiento de dicho gas se mezcla típicamente con un compuesto alcalino para neutralizar la acidez derivada de la absorción de cloro en el agua. También además el agua usada para el enfriamiento de dicho gas preferiblemente recibe un tratamiento para concentrar y recuperar HCI derivado de la absorción de cloro por dicha agua. La presente invención también proporcional un sistema para la destrucción de líquidos que contienen materiales tóxicos y para producir un gas reductor que comprende hidrógeno y monóxido de carbono. En una modalidad preferida, el sistema incluye una cámara de combustión parcial, dicha cámara de combustión parcial teniendo un recubrimiento refractario adaptado para ser calentado y mantenido a alta temperatura por los gases de flama producidos y dicha cámara teniendo una entrada y una salida: un canal de flujo teniendo una relación de longitud a diámetro de por lo menos aproximadamente 4, y donde se mezclan íntimamente una corriente de oxígeno, una corriente de vapor de agua y una corriente del líquido conteniendo dichos materiales tóxicos; dicho canal de flujo estando en comunicación con dicha entrada de la cámara de combustión: y medios para enfriar dicho gas comunicados con dicha salida de la cámara de combustión para enfriar dichos gases de flama. Preferiblemente, la relación de longitud a diámetro de dicho canal de flujo es por lo menos aproximadamente 30. Se describe aquí una modalidad preferida de la invención con referencia a la Figura 1 , donde el numeral 10 designa en forma general un reactor de combustión parcial que comprende un quemador 12 y una pared recubierta con refractario14. Una corriente de hidrocarburo líquido de desecho 16 se combina con un gas que contiene oxígeno 18 en dicho quemador, puede ser oxígeno puro, aire o aire enriquecido con oxígeno en varias proporciones, dependiendo de la calidad deseada del gas producto. Se inyecta vapor de agua 20 suministrado de una fuente adecuada 23, u opcionalmente, producido en una caldera 32 y alimentado a través del tubo 21 , al quemador 12 de manera que el hidrocarburo 16, el oxígeno 18 y el vapor de agua 20 reaccionan y producen una flama de alta temperatura 22 dentro del espacio de reacción 24 del reactor 10. El espacio de reacción 24 está diseñado de acuerdo con la velocidad de alimentación de los reactivos de tal manera que el tiempo de residencia de los gases de flama excede aproximadamente 2 segundos, de preferencia aproximadamente 3 segundos, a una temperatura superior a aproximadamente 1600 °C. La reacción de flama de alta temperatura destruye las moléculas complejas de los compuestos halogenados, bajo una atmósfera reductora. El gas que contiene oxígeno se alimenta al quemador 12 en una cantidad menor a la cantidad estequiométricamente necesaria para completar la combustión de los hidrocarburos. En una modalidad preferida de la invención, los gases producidos en el quemador 12 salen del reactor 10 a través del tubo 26 y son enfriados a una temperatura debajo de aproximadamente 300°C mediante contacto con agua de enfriamiento 28 de una fuente adecuada 29 en un orificio de enfriamiento 30. Los gases enfriados y el agua pasan posteriormente a través de un cambiador de calor 32 donde se produce vapor de agua a partir del agua 34 de una fuente 36, y se alimenta al quemador 12 por medio de los tubos 20 y 21. El gas reductor 38 es tratado en un lavador 40 donde se pone en contacto con agua 42 de una fuente 44. El ácido clorhídrico formado por la combinación de los átomos de cloro de los bifenilos policlorados con hidrógeno producido por la combustión parcial de los hidrocarburos, es absorbido por el agua y es extraído en solución con el agua 48. Esta agua con ácido puede ser tratada adicionalmente para concentrar el ácido clorhídrico para su venta o puede ser tratada con hidróxido de sodio para su neutralización. El gas redactor 46 producido de los hidrocarburos contaminados puede utilizarse como gas de síntesis, como reactivo químico en otros procesos químicos o como combustible para la producción de vapor de agua o de electricidad. Los hidrocarburos líquidos contaminados con BPC's están contenidos principalmente en equipos eléctricos, e.g. transformadores, capacitores y equipos similares, en una diversidad de concentraciones. La concentración de BPC's en los aceites refrigerantes de equipos eléctricos puede ser inferior a 50 ppm (partes por millón) y hasta ser BPC's casi puros. Una de las principales propiedades de los BPC's es su estabilidad química y por lo tanto no reaccionan fácilmente con oxígeno debido a la fuerza de sus enlaces químicos moleculares con el cloro y a su bajo poder calorífico. Los materiales que tienen altas concentraciones de BPC's pueden no ser aptos para sostener una reacción estable con el oxígeno, y por lo tanto se recomienda mezclarlos con otros hidrocarburos no contaminados, para disminuir así su concentración a niveles inferiores a aproximadamente 600,000 ppm (60 % en peso), y preferiblemente debajo de aproximadamente 300,000 ppm y más preferiblemente debajo de aproximadamente 110,000 ppm. Con referencia a la Figura 1 , los hidrocarburos contaminados se transfieren de un tanque de almacenamiento 50 por medio de un tubo 52 provisto de una válvula 54 a un tanque de mezclado 56. El tanque de mezclado 56 está provisto de medios de agitación 58 para obtener una composición homogénea de los materiales alimentados al reactor 10, y de unas celdas de carga 60. Los hidrocarburos contaminados con BPC's se transfieren del tanque de almacenamiento 62 por medio del tubo 64 provisto de una válvula 66 al tanque de mezclado 56. Se utilizan las señales de las celdas de carga 60 en el controlador 68 para preparar lotes de hidrocarburos con niveles predeterminados de concentración de BPC's. Después de mezclarse, los hidrocarburos se pasan al tanque de alimentación 70 a través del tubo 72 provisto de una válvula 74. Del tanque de alimentación 70 los hidrocarburos se alimentan al quemador 12 por cualquiera de las bombas 76 o 78 a través del tubo 16 que tiene una válvula de control 80. Las proporciones de vapor de agua, oxígeno e hidrocarburos se controlan por medio del controlador 68 y las válvulas de control 19, 21 y 80, de conformidad con los valores predeterminados de los parámetros de proceso que comprenden la temperatura mínima deseada y el tiempo de residencia en la cámara de reacción 24 para destruir las moléculas de BPC's, resultando la destrucción completa de los materiales tóxicos. La temperatura para la destrucción de BPC's en la salida del reactor 10 está en el rango de aproximadamente 1000°C y aproximadamente 100°C. Las temperaturas de flama pueden alcanzar más de 2000°C, pero la temperatura promedio de los gases después de que ocurren las reacciones endotérmicas para producir el gas redactor — con una composición típica de aproximadamente 45.6% hidrógeno; aproximadamente 34.6% monóxido de carbono; aproximadamente 18.9% dióxido de carbono; aproximadamente 0.6% metano; aproximadamente 0.4% nitrógeno; y trazas de otros materiales — disminuyen la temperatura de loas gases a aproximadamente 1000°C. Esta temperatura de los gases puede regularse por medio de la proporción de vapor de agua a oxígeno e hidrocarburos. Ei character reductor de los gases dentro del reactor 10 evita la formación de dioxinas y furanos, asegurando así una operación segura del proceso de destrucción de BPC's, a diferencia de los procesos de incineración donde un exceso de oxígeno propicia dicha formación a menos que los gases calientes sean enfriados inmediatamente y de manera muy rápida. La invención también comprende un quemador o lanza de inyección para producir una flama coherente con la mezcla de hidrocarburos contaminados, vapor de agua y oxígeno y para alimentar esta mezcla a la cámara de reacción de alta temperatura 24 del reactor 10. Puede usarse cualquier quemador que produzca una atomización de líquidos de manera que los hidrocarburos no se descompongan por la alta temperature de la cámara de reacción y formen hollín disminuyendo así la eficiencia de gasificación. En una modalidad preferida, se utiliza un quemador consistente en un tubo dentro de otro tubo para producir una flama larga y coherente que favorece el contacto pleno y el mezclado de los reactivos. Con referencia a la Figura 2, se proporciona un quemador 1 10 para la combustión parcial de los hidrocarburos, útil para asegurar la destrucción de compuestos tóxicos, con una primera entrada 112 y una segunda entrada 114 y una salida 116. El quemador también está provisto de bridas 128 para fijarlo al reactor 10 como es conocido en el arte. Se alimenta el hidrocarburo líquido a través de un primer conducto 118 a dicha primera entrada 112 y luego se inyecta a través del tubo interior 120 al tubo exterior 110. Se alimenta una mezcla de vapor de agua y un gas conteniendo oxígeno molecular a través de un segundo conducto 122 a la segunda entrada 114 y fluye junto con el hidrocarburo líquido a través del tubo exterior 110. Manteniendo la relación de longitud 124 a diámetro 126 del tubo 1 0 del quemador mayor o igual a 4, preferiblemente en el rango de aproximadamente 30 a aproximadamente 36, el hidrocarburo líquido y la mezcla gaseosa de vapor de agua y oxígeno desarrollan un patrón de flujo conocido como flujo disperso, as e.g. una mezcla de pequeñas gotas de líquido arrastradas por el gas. Este contacto íntimo de los reactivos minimice la formación de hollín y aumenta la eficiencia del proceso de gasificación. Para que se desarrolle este patrón de flujo disperse la velocidad de la fase gaseosa es muy importante, por lo tanto, el diámetro interno del tubo 110 se selecciona de acuerdo con la velocidad de alimentación del hidrocarburo de manera que la velocidad real del gas sea de aproximadamente 40 m/s a aproximadamente 60 m/s, preferiblemente de aproximadamente 45 m/s a aproximadamente 55 m/s. Típicamente, se requiere 1 NCM de vapor de agua/gas con oxígeno por un 1 kg de hidrocarburo. Una vez que se define la velocidad de flujo de los reactivos, se selecciona el diámetro interno y la longitud del tubo 1 0. La lanza-quemador de la presente invención para realizar la combustión parcial de los hidrocarburos proporciona un contacto íntimo del líquido y las fases gaseosas que pasan a través del tubo en contraste con las estructuras de quemadores del arte previo que se basan en dirigir una corriente de gas que choca contra una corriente de líquido en forma separada. El quemador de la invención produce una flama coherente y compacta con una alta eficiencia de reacción porque el vector de velocidad de la mezcla es suficiente para proyectarla libremente hacia la cámara de reacción, en forma similar a la forma en que un cañón largo de rifle dirige una bala. El arte previo en cambio, dirige corrientes separadas de líquido y gas en varias direcciones a la salida del quemador para promover el choque de las corrientes entre sí y dispersar las partículas en el espacio de reacción. Se ha encontrado que el quemador de la presente invención también puede utilizarse para la gasificación de hidrocarburos diferentes a los contaminados con BPC's. Por ejemplo, la invención también puede aplicarse para la gasificación de un lodo de hidrocarburo sólido molido, por ejemplo, coque de petróleo o carbón y para la destrucción de otro tipo de materiales tóxicos, por ejemplo, insecticidas, gases de Freón, solventes, clorofluorocarbonos, biocidas y desechos hospitalarios. La presente invención se describe además por medio de los siguientes ejemplos ilustrativos y no limitativos que proporcionan un mejor entendimiento de la invención y de sus muchas ventajas.

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se incluyen aquí para ilustrar varias modalidades de conformidad con la presente invención. Los siguientes ejemplos sin embargo, de ninguna manera pretenden limitar la presente invención.

Ejemplo 1 Se utilizó un quemador con un diámetro interior de ¾ de pulgada para gasificar tres diferentes tipos de hidrocarburos líquidos sin materiales tóxicos y producir un gas reductor utilizable, como sigue: Unidad Velocidad de Flujo Corrida 1 Corrida 2 Corrida 3 Hidrocarburo: (Kg/Hr) 54.0 56.3 52.0 Oxígeno: (MCN/Hr) 54.0 34.4 47.2 Vapor de agua: (MCN/Hr) 35.0 32.7 37.0 Los hidrocarburos fueron tratados de conformidad con la invención, y se produjo un gas reductor en la cantidad y con la composición (base seca) mostradas abajo: Gas reductor: (MCN/Hr) 142.0 104.0 143.2 H2: % vol. 47.90 45.7 46.8 CO: % vol. 30.23 24.1 27.0 C02: % vol. 18.79 24.5 19.9 CH4: % vol. 2.61 5.3 6.0 N2: % vol. 0.47 0.4 0.2 Ejemplo 2 Se destruyó aceite contaminado con BPC's de acuerdo con la invención en dos corridas, una con una concentración de BPC's de 5% en peso (50,000 ppm) y la otra con una concentración de BPC's de 10% en peso (100,000 ppm).

Los valores de los parámetros de proceso fueron los siguientes: Unidad Corrida 1 Corrida 2 Corrida Concentration de BPC's 0% 5% 10% Hydrocarburo: (Kg/Hr) 56.9 58.2 60.6 Oxígeno: (MCN/Hr) 62.8 61.5 62.8 Vapor de agua: (MCN/Hr) 74.8 73.4 77.0 Temperatura: °C 1241 1268 1298 Presión: Kg/cm2 man. 3 3 3 Los hidrocarburos fueron tratados de conformidad con la invención para producir un gas reductor en la cantidad y composición, base seca, mostradas abajo: Gas reductor: (MCN/Hr) 142.6 134.8 132.2 H2: % vol. 46.65 46.09 45.60 CO: % vol. 33.44 34.19 34.56 CO2: % vol. 18.71 18.54 18.86 CH4: % vol. 0.97 0.92 0.62 N2: % vol. 0.23 0.26 0.36 Óxidos de Nitrógeno: mg/m3 2.5 2.9 4.2 SO2 mg/m3 7.5 8.7 4.4 HCI: mg/m3 <0.58 <0.57 <0.29 Total BPC's mg/m3 2.23E-0 53.4E-05 8.97E Dioxinas y Furanos ng-EQT/m3 6.5E-06 8.1 E-06 7.1 E-C Los valores de algunos parámetros de proceso fueron los siguientes: Temperatura: °C 1241 1268 1298 Presión: Kg/cm2 man. 3 3 3 Los valores extremadamente bajos de BPC's en los gases producidos demuestran que la invención es muy eficiente en la destrucción de BPC's y que la atmósfera reductora que se crea por la combustión parcial y el mezclado íntimo de los reactivos no favorecen la formación de dioxinas ni furanos.

El agua de enfriamiento utilizada para enfriar y lavar los gases reductores en el enfriador 40 fue analizada y dio los siguientes resultados: Concentración de BPC's 0% 5% 10% Cloruros en agua alimentada: mg/l 58 Cloruros en entrada enfriador mg/l 66 651 1864 Cloruros en salida enfriador mg/l 74 756 1850 BPC's en salida de enfriador mg/l <0.002 0.002 O.002 Dioxinas+Furanos salida enfr. ng/l 9.4E-05 1.5E-04 8.4E-03 La siguiente tabla compara la eficiencia y los niveles de emisión del proceso de la invención con los niveles de contaminantes permitidos de acuerdo con las regulaciones de Estados Unidos: Parámetro Unidad 0% 5% 10% Reg. de EU Eficiencia % — 99.9999998 99.99999972 99.9999 (mín.) de destrucción de BPC's Dioxinas y Furanos ngEqt m3 6.505E-06 8.100E-06 7.072E-06 0.5 Partículas suspendidas mg/m3 6.3 2.1 2.7 30 S02 mg/m3 5.04 5.81 2.93 80 Óxidos de Nitrógeno mg/m3 1.67 1.94 2.81 300 Cloruro de hidrógeno mg/m3 <0.039 <0.038 <0.019 15 Varias modificaciones y variantes de las composiciones, materiales y métodos de la invención serán aparentes para aquellos expertos en el arte sin apartarse del alcance y espíritu de la invención. Aunque la invención ha sido descrita en relación con algunas modalidades preferidas específicas, deberá entenderse que la invención reivindicada no puede limitarse indebidamente a tales modalidades específicas. De hecho, la intención es que varias modificaciones de los modos descritos para realizar la invención, que son obvios para los expertos en el arte o en campos relacionados, estén dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES: 1. Un método para la destrucción de un material tóxico comprendido en un hidrocarburo líquido sin producer substancias intermedias nocivas, que comprende los pasos de: mezclar dicho hidrocarburo líquido que comprende al material tóxico con vapor de agua y un gas conteniendo oxígeno molecular en un canal de flujo y regular las velocidades de flujo de dicho hidrocarburo líquido y dichos gases de vapor de agua y oxígeno de manera que la velocidad de la mezcla de líquido y gas en la salida de dicho canal de flujo sea superior a aproximadamente 40 m/s; introducir dicha mezcla de líquido y gas en un recipiente de reacción que tiene un recubrimiento refractario a una temperatura superior a aproximadamente 650°C; mantener dichos gases producidos a alta temperatura que comprenden hidrógeno molecular dentro del recipiente de reacción por lo menos aproximadamente 2 segundos; mantener una temperatura en la salida del recipiente de reacción superior a aproximadamente 1000°C; y enfriar y lavar con agua dichos gases producidos, por lo que se produce un gas redactor que contiene hidrógeno y monoxide de carbono substancialmente libre de dicho material tóxico como resultado de la combustión parcial de dicho hidrocarburo líquido.
2. 2. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho material tóxico está compuesto de una o más de las substancias siguientes: bifenilos policlorados, pesticidas, clorofluorocarbonos, bencenos halogenados, fenoles halogenados, aléanos halogenados, cicloalcanos halogenados, dioxinas halogenadas o dibenzofuranos halogenados y combinaciones de éstas.
3. 3. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho hidrocarburo líquido es un aceite.
4. 4. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicha velocidad de la mezcla de líquido y gas en la salida del canal de flujo es superior a aproximadamente 50 m/s.
5. 5. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , donde el recubrimiento refractario de dicho recipiente de reacción se mantiene a una temperatura superior a aproximadamente 750°C.
6. 6. Un método de conformidad con la reivindicación 2, donde dicho hidrocarburo líquido contiene menos de aproximadamente 50% en peso de bifenilos policlorados.
7. 7. Un método de conformidad con la reivindicación 2, donde dicho hidrocarburo líquido que contiene bifenilos policlorados es mezclado con hidrocarburos que no contienen bifenilos policlorados antes de introducir dicho hidrocarburo contaminado en dicho recipiente de reacción, con el objeto de asegurar la combustión parcial autotérmica de la mezcla de hidrocarburos.
8. 8. Un método de conformidad con la reivindicación 6, donde dicha mezcla de hidrocarburos contiene menos de aproximadamente 50% en peso de bifenilos policlorados antes de ser introducida dicho a dicho recipiente de reacción.
9. 9. Un método de conformidad con la reivindicación 7, donde dicha mezcla de hidrocarburos contiene menos de aproximadamente 10% en peso de bifenilos policlorados antes de ser introducida dicho a dicho recipiente de reacción.
10. 10. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , donde el agua utilizada para enfriar dicho gas se mezcla con un compuesto alcalino para neutralizar la acidez derivada de la absorción de cloro por dicha agua.
11. 11. Un método de conformidad con la reivindicación 1, donde el agua utilizada para enfriar dicho gas es tratada para concentrar y recuperar HCI derivado de la absorción de cloro por dicha agua.
12. 12. Un sistema para la destrucción de líquidos que contienen materiales tóxicos y producir un gas reductor conteniendo hidrógeno y monóxido de carbono, en el que dicho sistema comprende: una cámara de combustión parcial, donde dicha cámara de combustión parcial tiene un recubrimiento de material refractario adaptado para ser calentado y mantenido a una alta temperatura y donde se producen gases de flama, y donde dicha cámara tiene una entrada y una salida; un canal de flujo que tiene una relación de longitud a diámetro de por lo menos aproximadamente 4 y donde se mezclan íntimamente una corriente de oxígeno, una corriente de vapor de agua y una corriente de líquido que contiene dichos materiales tóxicos; donde dicho canal de flujo tiene comunicación con la entrada de dicha cámara de combustión; y medios para enfriar gases que se comunica con la salida de dicha cámara de combustión para enfriar rápidamente dichos gases de flama.
13. 13. Un sistema de conformidad con la reivindicación 12, donde la relación de longitud a diámetro de dicho canal de flujo es por lo menos aproximadamente 30.