MXPA97001429A - Conversion de lodo de molino de papel, o similar - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para convertirr lodo de molino de papel y lodos orgánicos similares teniendo un alto contenido de ceniza, comprende:introducir el lodo a un hogar con ciclón junto con una segunda fuente de combustible para quemar el lodo y recuperar el valor de calor del lodo y para convertir el contenido de ceniza del lodo a una escoria.

Description

CONVERSIÓN DE LODO DE MOLINO DE PAPEL. O SIMILAR ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a la conversión de desperdicios, y más particularmente, a la conversión de lodos que tienen un alto contenido orgánico y una proporción significativa de ceniza, tal como lodo de molino de papel. Las compañías de pulpa y de papel producen grandes cantidades de desperdicio procesado conocido como lodos. Típicamente, estos lodos han sido eliminados mediante vertido controlado de basura. La crisis creciente de espacio para vertido controlado de basura y regulaciones ambientales más restrictivas, han hecho que aquel método de eliminación sea más costoso y menos deseable. El lodo de un procedimiento de papel recirculado provee un problema de eliminación más grande que lo hace el lodo de procedimientos normales de papel. El lodo del procedimiento de recirculación contiene una cantidad significativa de revestimientos de fibra y de papel. La cantidad de lodo generado del procedimiento de recirculación de papel es más que la cantidad de lodo generado a partir de pulpa virgen. La llegada de la recirculación propagada de papel ha dado como resultado un incremento en la cantidad total de lodo. Como una alternativa al vertido controlado de basura, el lodo de molino de papel ha sido quemado, utilizando la tecnología de hervidor de lecho fluidizado. Quemando el lodo se recupera su contenido de calor, se vaporiza el contenido de humedad, y se reduce el volumen de desperdicio. Sin embargo, debido al enorme contenido de ceniza en el lodo de molino de papel , sigue existiendo un producto de desperdicio considerable que requiere de la eliminación, tal como mediante vertido controlado de basura. Durante muchos años se han utilizado hogares con ciclón para quemar carbón para encender calentadores. Una característica de los hogares con ciclón es que general u na escoria , la cual tiene una consistencia vitrea. La escoria de los calentadores de ciclón encendidos con carbón , se utiliza corno un material de construcción en carreteras, como un abrasivo o grava, y en productos para materiales para techos. Aunque los hogares con ciclón fueron desarrollados para quemar grados de carbón que no eran muy bien adecuados para la combustión de carbón pulverizado, se utilizaron también para quemar combustibles de desperdicio sólido como un combustible suplementario , o para quemar aceites o grasas combustibles como el combustible primario, de contingencia , o de encendido. Cuando los combustibles de desperdicio se utilizan con carbón, dicho combustible su plementario típicamente tiene un contenido de ceniza relativamente bajo y provee menos del 20% de la entrada de calor y un porcentaje más pequeño de los kilogramos por hora del combustible alimentado hacia el hogar con ciclón .

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, el lodo de molino de papel u otros lodos orgánicos similares, con un alto contenido de ceniza, es convertido, quemando el lodo en un hogar con ciclón junto con otra fuente de combustible para recuperar el contenido de calor del lodo y para convertir el contenido de ceniza del lodo a un producto deseable de escoria. Preferiblemente, la segunda fuente de combustible es gas natural y el lodo contribuye hasta 40% o más, de " la entrada de calor, al hogar con ciclón , y puede contribuir a la mayor parte de los kilogramos de combustible por hora. Para el manejo, puede ser necesario el secado del lodo antes de quemar. El secado a un contenido de 20% o menos, ha probado ser aceptable para la introducción a un hogar con ciclón. Se puede añadir un flujo, tal como piedra caliza, al lodo para asegurar el desarrollo de una escoria vitrea deseable, a las temperaturas de operación . El lodo de molino de papel típicamente tiene un alto contenido de ceniza de entre 20 y 50% en una base seca. El lodo también tiene una composición orgánica significativa, de manera que los valores de calentamiento del lodo se encuentran típicamente de entre 4,000 btu/lb y 7, 500 btu/lb, en una base seca. Aunque los lodos de mol ino de papel son una fuente preferida para el combustible, otros lodos que tengan contenidos similares de ceniza y de valor de calor, podrían ser utilizables, tales como lodos de aguas cloacales, u otros lodos de agua de desperdicio industrial .

El valor de calor del lodo se recupera mediante un calentador u otro cambiador de calor conectado al hogar. El alto contenido de ceniza del lodo quedará atrapado en la escoria, la cual, cuando se enfría, tendrá una consistencia fuerte, dura, duradera, vitrea, haciendo que esta sea más fácilmente manejada para utilizarse como un material de construcción, un abrasivo, para productos de materiales para techos, o para otros propósitos útiles. Cualesquiera metales pesados u otros componentes peligrosos o no deseados, de la ceniza, entrarán dentro de la escoria vitrea. Es un objeto principal de la invención proveer un método para la conversión de lodo de molino de papel, y similares, en una forma económica y ambientalmente segura. Es otro objeto de la invención proveer un método para recuperar el valor del calor del lodo de molino de papel, y similares, mientras se genera un producto utilizable del contenido de ceniza del lodo. Los objetos y ventajas anteriores y otros, de la invención, se ilustrarán en la siguiente descripción detallada. En la descripción, se hace referencia a los dibujos anexos, los cuales ilustran una modalidad preferida de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal, longitudinal, de un hogar con ciclón, para utilizarse en el método de la presente invención; y La Figura 2 es una sección transversal del hogar con ciclón , tomada en el plano de la línea 2-2 en la Figura 1 .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS El lodo de molino de papel puede variar ampliamente en su desarrollo. Sin embargo, generalmente tiene las características de un componente altamente volátil , que incluye un porcentaje significativo del carbono, y un alto contenido de ceniza. También tiene un valor de calentamiento relativamente alto. Los análisis cercano, final y m ineral , para tres lodos de molino de papel típicos, de procedimientos de recirculación de papel , se muestran en los siguientes Cuadros: LODO "R" DE MOLINO DE PAPEL Análisis Cercano. % Análisis Fi nal, % B ase Seca Base Seca Ceniza 48.64 Carbono 24.68 Volátiles 50.26 Hidrógeno 3.76 Carbono Fijo 1.10 Nitrógeno 0.63 100.00 Azufre 0.06 Ceniza 48.64 Btu/lb. 4123 O Oxxíígaeennoo ( íddiiff)) 2222..2233 1 10000..0000 Azufre 0.06 MAF Btu 8028 Análisis Minerales Base de Encendido. %/Peso Sílice, Si02 39.86 Alúmina, Al203 34.21 Titania, Ti02 7.20 Oxido de Fierro, Fe203 0.85 Oxido de Calcio, CaO 13.30 Oxido de Magnesio, MgO 1.20 Oxido de Potasio, K20 0.23 Oxido de Sodio, Na20 0.12 Trióxido de Azufre, SO3 0.69 Pentóxido de Fósforo, P2 Os 0.49 Oxido de Estroncio, SrO 0.02 Oxido de Bario, BaO 0.05 Oxido de Manganeso, Mn 3O4 0.07 Indeterminado 1.71 100.00 Método: ASTM designación D 3682-87 LODO "IP" DE MOLINO DE PAPEL Análisis Cercano, % Análisis Final, % Base Seca Base Seca Ceniza 20.21 Carbono 47.27 Volátiles 56.74 Hidrógeno 4.40 Carbono Fijo 25.05 Nitrógeno 1.33 100.00 Azufre 1.00 Ceniza 20.21 Btu/lb. 7734 Oxígeno (dif) 25.79 100.00 Azufre 1.00 MAF Btu 9693 Análisis Minerales Base de Encendido, %/Peso Sílice, Si02 38. 85 Alúmina, Al203 16. 92 Titania, Ti02 1. 40 Oxido de Fierro, Fe203 5 .07 Oxido de Calcio, CaO 14. 94 Oxido de Magnesio, MgO 4 .88 Oxido de Potasio, K20 2 .01 Oxido de Sodio, Na20 1 .27 Trióxido de Azufre, S03 8 .23 Pentóxido de Fósforo, P205 3 .24 Oxido de Estroncio, SrO 0 .04 Oxido de Bario, BaO 0 .33 Oxido de Manganeso, Mn304 0 .39 Indeterminado 2 .43 100.00 Método: ASTM designación D 3682-87 LODO "JR" DE MOLINO DE PAPEL Análisis Cercano, % Análisis Final. % Base Seca Base Seca Ceniza 45.98 Carbono 25.24 Volátiles 52.46 Hidrógeno 3.84 Carbono Fijo 1.49 Nitrógeno 0.37 100.00 Azufre 0.02 Ceniza 45.98 Btu/lb. 4031 Oxígeno (dif) 24.55 100.00 Azufre 0.02 MAF Btu 7462 Análisis Minerales Base de Encendido, %/Peso Sílice, Si02 40. 29 Alúmina, Al203 31. 96 Titania, Ti02 11. 60 Oxido de Fierro, Fe203 0 .87 Oxido de Calcio, CaO 12. 64 Oxido de Magnesio, MgO 0 .70 Oxido de Potasio, K20 0 .11 Oxido de Sodio, Na20 0 .15 Trióxido de Azufre, S03 0 .36 Pentóxido de Fósforo, P205 0 .20 Oxido de Estroncio, SrO 0 .05 Oxido de Bario, BaO 0 .05 Oxido de Manganeso, Mn30 0 .06 Indeterminado 0 .96 100.00 Método: ASTM designación D 3682-87 Los análisis anteriores muestran niveles de ceniza de 18 a 32%, y materia volátil de 44 a 50%. Los valores de calentamiento variaron de 4,031 a 7,734 Btus por libra, en una base en peso seco. Estos lodos de molino de papel también exhiben perfiles de quemadura, indicando buenas características de ignición en las muestras secas. Los puntos de ignición se compararon favorablemente con carbón de varios tipos. Otros lodos de molino de papel que tienen un contenido muy alto de fibras, pueden tener un contenido de ceniza tan bajo como 10%. Pruebas de estudio piloto del quemado de lodo de molino de papel en un hogar con ciclón fueron realizadas en un pequeño simulador de calentador de Babcock & Wilcox, el cual se encendió mediante una versión reducida, individual de un hogar con ciclón de Babcock & Wilcox. En la Figura 1, de la patente de E.U.A. 5,022,329, expedida el 11 de junio de 1991 a Rackiey, y otros, y cedida a Babcock & Wilcox Company, se ilustra un horno con ciclón, típico. Las pruebas de estudio piloto fueron conducidas en una mezcla de lodos de molino de papel y se añadió piedra caliza como un agente formador de flujo, y sobre el lodo a partir de una fuente individual sin un flujo. A continuación se presenta una lista de análisis cercanos y finales de la mezcla de lodo, con piedra caliza, en una base como se recibió, como se encendió y seca.

LODO MIXTO DE MOLINO DE PAPEL CON PIEDRA CALIZA Base Recibida Encendida Seca Análisis Cercano, % Humedad 50.79 18.34 — Materia Volátil 24.61 40.84 50.01 Carbón Fijo 1.40 2.33 2.85 Ceniza 23.20 38.49 47.14 Valor de Calentamiento Total 1586 2631 3222 Btu por Lb. Btu por Lb. (M&A Libre) — --- 6095 Análisis Final, % Humedad 50.79 18.34 — Carbono 11.06 18.36 22.48 Hidrógeno 1.36 2.26 2.77 Nitrógeno 0.28 0.47 0.57 Azufre 0.08 0.14 0.17 Cloro 0.03 0.05 0.06 Ceniza 23.20 38.49 47.17 Oxígeno (Dif) 13.20 21.89 26.81 T o t a l 100.00 100.00 100.00 Carbonato Total, % C02 5.94 9.86 12.08 Carbonato de Calcio, % CaC03 13.91 22.42 27.47 (Cale.) Análisis de Ceniza. % Silicio como Si02 31.93 Aluminio como Al203 23.32 Fierro como Fe203 1.25 Titanio como Ti02 5.63 Calcio como CaO 28.23 Magnesio como MgO 5.53 Sodio como Na20* 0.32 Potasio como K20* 0.45 Azufre como S03 1.84 Fósforo como P205 <0.10 Carbonato total como % C02 1.34 Zinc como ZnO 0.08 * Mediante Fotómetro de Llamas El lodo húmedo produce problemas en el manejo.

Preferiblemente, el lodo debe ser secado a un contenido de humedad de 20% o menos, antes de introducirlo al hogar con ciclón. El lodo seco, con la piedra caliza, se hizo pasar a través de un tamiz de 0.95 cm, antes de ser cargado a un alimentador para conducirse al hogar con ciclón. Las pruebas se realizaron utilizando una entrada de calor del lodo de aproximadamente 10% hasta aproximadamente 40% de la entrada total de calor al hogar. En las primeras pruebas, la otra fuente de combustible fue gas natural. El hogar con ciclón estaba caliente y la escoria fluyó fuera de la tapa de escoria. La escoria del lodo co-encendido, fue sólida, dura, fuerte, y duradera, y similar a ia escoria de la combustión de carbón en un hogar con ciclón . Después de la demostración exitosa del co-encendido del lodo y del gas natural en un pequeño simulador de calentador, se realizaron pruebas, en las cuales se añadieron neumáticos triturados, para reducir la entrada de gas natural. El combustible del neumático triturado se hizo pasar a través de u n tamiz de 1 .27 cm, y se mezcló con el lodo. Las pruebas se realizaron con una entrada de calor, por parte de los neumáticos, de aproximadamente 10% y aproximadamente 20% , 40% del lodo , y el resto del gas natural . Ambas pruebas fueron satisfactorias. Aunque las pruebas de estudio piloto utilizaron lodo que contribuyó menos que la mayor parte del valor de calor, con una base de flujo en masa (por ejemplo, kilogramos de combustible por hora) , el lodo excedió al gas natural. Aunque el lodo de molino de papel contuvo solamente pequeñas cantidades de metales pesados, dichos metales pesados entraron en la escoria , y la escoria pasó la prueba de lixiviación . Estos resultados fueron comparables tanto para el lodo de molino de papel de fuente individual como para el lodo mixto que se le añadió piedra caliza como un flujo . Las Figuras 1 y 2 muestran un hogar con ciclón adaptado para quemar lodo de molino de papel . El hogar con ciclón consiste de un barril de ciclón 10, el cual es un cilindro horizontal enfriado con agua . El barril de ciclón 10 incluye u na entrada de aire secundaria 11, la cual entra tangencialmente al barril de ciclón 10, como se muestra en la Figura 2. Se montan quemadores de gas 12 en la entrada de aire 11 hacia el barril de ciclón 10. Se coloca un ignitor de gas 13 adyacente a los quemadores 12. Los inyectores 14 se separan a lo largo del barril de ciclón 10. El lodo, junto con el aire primario, entra al barril de ciclón 10 a través de los inyectores 14. El aire primario y el aire secundario ocasionan un flujo turbulento del gas natural, del lodo, y del aire dentro del barril de ciclón 10, y del barril 10 hacia el interior del hogar 15. El hogar 15 puede ser conectado a un calentador en cualquiera de las formas conocidas. La escoria se forma sobre la superficie interna del barril de ciclón 10. La escoria fundida sale a través de una abertura de canal 16 de la escoria, y pasa hacia una tapa de escoria 17, en donde la escoria fundida es removida y típicamente enfriada mediante extinción. Ya qué una sola fuente de lodo de molino de papel puede ser inadecuada como una fuente de combustible suplementaria para un hogar con ciclón que abastece a un calentador, es posible que se requiera una mezcla de lodos de molino de papel. Los lodos pueden ser mezclados como parte de un procedimiento para secar, por revolvimiento, los lodos. Para la operación a gran escala del hogar con ciclón, el tamaño óptimo para el lodo podría ser de entre 0.95 cm y 1.58 cm. Además, para facilidad de manejo, puede ser deseable aglomerar el lodo en pellas. No son necesarios la piedra caliza u otros agentes formadores de flujo. Si se requiere un flujo, esto depende de la viscosidad de la escoria producida por el lodo. La norma de medición es una temperatura T-250, la cual es la temperatura a la cual la escoria tiene una viscosidad de 250 poises. Si la temperatura T-250 está por abajo de las temperaturas de operación, en el hogar con ciclón, no se necesita ningún flujo. Aunque la escoria típicamente es enfriada en forma rápida mediante extinción, y después es molida para utilizarse, la escoria fundida puede ser dirigida directamente a una operación de moldeo o de formación para ser moldeada a artículos útiles, tales como ladrillos o losetas, o para formarse como una substancia de tipo de fibra, tal como lana mineral. Sin embargo, la escoria enfriada, tendrá una consistencia de tipo de vidrio . Si se requiere el vertido controlado de basura, la escoria está en una condición, mediante la cual es fácilmente manejada , comparada con el lodo o la ceniza . Los lodos de aguas cloacales u otros lodos que resultan del tratamiento de agua de desperdicio industrial, pueden ser convertidos utilizando el procedimiento de esta invención. Dichos lodos tienen un componente volátil similar, constituyentes orgánicos similares, y un contenido de ceniza similar al lodo de molino de papel . Los análisis final y mineral de lodos de aguas cloacales típicos, se presentan en la patente de E . U .A . 5 , 057, 009, expedida el 15 de octubre de 1991 al inventor de la presente . La capacidad de los hogares con ciclón para quemar el lodo y para convertir su contenido de ceniza a escoria utilizable, e s una tecnología superior a otros métodos actualmente disponibles, para eliminar el lodo de molino de papel. Los resultados óptimos se obtienen en hogares con ciclón convencionales, utilizando lodo parcialmente seco (es decir, aproximadamente 20% de humedad o menos) . Sin embargo, el lodo más húmedo puede ser adaptado con equipo adecuado para ser alimentado al horno, y si se genera calor suficiente para evaporar la humedad, mientras se mantienen las temperaturas lo suficientemente altas para formar la escoria. El lodo puede constituir un exceso de 50% del valor del calor del combustible para el hogar con ciclón . Esto es particularmente real, si el contenido de humedad del lodo, que entra al hogar, es bajo, o si el contenido de ceniza es bajo. También, el añadir una proporción mayor de flujo reducirá la temperatura necesaria para formar la escoria y permitir que un porcentaje incrementado de valor de calor, sea provisto por el lodo. Los neumáticos triturados pueden ser co-encendidos con lodo de molino de papel para reducir el requerimiento de gas natural. Como el combustible suplementario, se puede utilizar carbón o aceite de combustible. En todos los casos, la velocidad de flujo en masa del lodo puede exceder a aquella de los otros combustibles suministrados al hogar con ciclón . La mayor parte de la ceniza del lodo, se fundirá en la escoria , y probablemente sólo una pequeña fracción de ceniza (menos de 5%) va a entrar en los gases de combustión . La escoria del co-encendido del lodo , es sólida, dura, fuerte, y duradera, y similar a la escoria de la combustión del carbón en un hogar con ciclón.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1 - Un método para convertir lodo de molino de papel y lodos orgánicos similares teniendo un alto contenido de ceniza, comprende: introducir el lodo a un hogar con ciclón junto con una segunda fuente de combustible para quemar el lodo y recuperar el valor de calor del lodo y para convertir el contenido de ceniza del iodo a una escoria. 2.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el lodo contribuye de aproximadamente 10% a aproximadamente 40% de la entrada de calor al hogar. 3.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el lodo contribuye en un exceso de 50% de la entrada de calor al hogar. 4 - El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el lodo se seca a un contenido de humedad adecuado para el manejo, antes de ser introducido al hogar con ciclón. 5 - Un método para convertir lodo de molino de papel y lodos orgánicos similares teniendo un alto contenido de ceniza, que comprende: secar el lodo a un contenido de humedad de aproximadamente 20% o menos; y quemar el lodo seco en un hogar con ciclón junto con una segunda fuente de combustible para recuperar el valor de calor del lodo y para convertir el contenido de ceniza, del lodo, a una escoria. 6.- El método de la reivindicación 5, junto con el paso de aglomerar el lodo a pellas, antes del quemado. 7.- Un método para convertir la ceniza en un lodo, que tiene un contenido orgánico significativo y un contenido de ceniza de entre aproximadamente 20% y aproximadamente 50%, en una base en peso seca, que comprende: quemar el lodo en un hogar con ciclón para producir una escoria vitrea, dura, fuerte, y duradera, que incluye la ceniza; y remover la escoria fundida del hogar. 8.- El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el lodo se seca a un contenido de humedad de aproximadamente 20% o menos, antes del quemado. 9.- El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la escoria fundida es moldeada a un producto de tipo de vidrio. 10.- El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la escoria fundida se forma a fibras. 11.- Un método para abastecer de combustible un hogar con ciclón, que comprende: abastecer de combustible el hogar, con gas natural; y abastecer simultáneamente de combustible el hogar con el lodo de molino de papel o lodo orgánico similar que tiene un alto contenido de ceniza. 12.- Un método para abastecer de combustible un hogar con ciclón, que comprende: abastecer de combustible el hogar con lodo de molino de papel o lodo orgánico similar que tiene un alto contenido de ceniza; y abastecer simultáneamente de combustible el horno con uno o más combustibles adicionales. 13. - Un método de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el lodo contribuye a la velocidad de flujo en masa más alta de cualquier combustible hacia el hogar.