MXPA97006833A - Metodo y aparato para tratamiento de material organico desecho - Google Patents

Abstract

Un proceso y un aparto para separación de material relativamente volátil a partir de material no volátil, típicamente un componente orgánico de material aglomerado de desecho desde un componente inorgánico sólido del desecho. El proceso incluye un material de molienda en un recipiente parcialmente sumergido o flotando en un baño de material fundido para descomponer el material, típicamente un aglomerado, y liberando térmicamente el componente relativamente volátil como un vapor del mismo. El aparato se relaciona a un recipiente de desorción por lo menos parcialmente sumergido en un baño de estaño fundido para transferencia de calor desde el baño al interior del recipiente para desorción del componente relativamente volátil a partir de tal material.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA TRATAMIENTO DE MATERIAL ORGÁNICO DESECHO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona a un proceso y un aparato para la separación de material relativamente volátil a partir de' un no volátil, típicamente un componente orgánico de material de desecho a partir de un componente inorgánico sólido del desecho. El proceso incluye material de molienda de desecho en un recipiente parcialmente sumergido o flotando en un baño de material fundido para descomponer el material, típicamente un aglomerado, y liberar térmicamente el componente relativamente volátil como vapor a partir del mismo. El aparato incluye un recipiente por lo menos parcialmente sumergido en un baño de estaño fundido para transferencia de calor desde el baño al interior del recipiente para desorción o liberación del componente relativamente volátil a partir del material de provisión de alimentación. Se conoce una variedad de medios para destruir el material orgánico de desecho. Particularmente, reducción de materiales orgánicos tales como bifenilos policlorados (PCB) se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 4,819,571 y 5,050,511, expedida el 11 de abril de 1989 y Septiembre 24, 1991, respectivamente, las especificaciones de la cual se incorporan aquí para referencia.

En el tratamiento de desechos, es deseable con frecuencia eliminar el material el cual no es necesario destruir antes del proceso actual de destrucción. Por ejemplo, los dragados de estanques pueden contener grandes cantidades de materialee inorgánicos, tales como metales y silicatos, los cuales no requieren destrucción. El procesamiento de estos materiales puede resultar en una disminución de la cantidad de material destruido por unidad de tiempo, un incremento en la cantidad de energía requerida para la destrucción en cuanto los materiales inorgánicos consumen energía térmica dentro del reactor de destrucción, detección incrementada del reactor para limpieza, y/o otras razones. En cualquier caso, es preferible con frecuencia separar el material orgánico a ser destruido a partir de otros materiales, denominados aquí como materiales "no reactivos" o "inertes", antes de la introducción de los componentes orgánicos al proceso de destrucción. Tales materiales inertes, los cuales son generalmente sólidos, proporcionando que son suficientemente libres de materiales considerados a ser compuestos peligrosos pueden ser reutilizados como material limpio de relleno, o dispuestos como materiales no regulados. Si los compuestos inorgánicos peligrosos están presentes en el material inerte, pueden ser reciclados para recuperación de metales, sujetos a procesamiento adicional o dispuestos en un vertedero controlado adecuado. La Patente de los Estados Unidos No. 4,402,274, expedida el 6 de septiembre de 1983, a Meenan et al., la especificación de la cual se incorpora aquí para referencia, describe un método y aparato para tratar suspensión contaminada con PCB en la cual la suspensión es calentada utilizando gas caliente turbulento a una temperatura en el rango de 850°C a 2500°C para separar los PCB a partir de la suspensión. El aparato describe un separador en el cual la suspensión es colocada y secada por aire caliente que fluye hacia dentro desde el interior del separador. Las patente relacionadas: Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,463,691 (agosto 7, 1984); 4,685,220 (agosto 11, 1987); 4,699,721 (octubre 13, 1987); 4,778,606 (octubre 18, 1988); y 4,793,937 (diciembre 27, 1988), todas las especificaciones de las cuales se incorporan en la presente para referencia. La Patente de los Estados Unidos No. 5,050,511 sugiere una etapa de recolección de impurezas, o de un proceso de vitrificación, dependiendo de la naturaleza del material no reactivo a ser .separado, por pre-tratamiento del material de desecho que tiene tanto los componentes orgánicos y no orgánicos . Como dato, mientras que los inventores de los procesos descritos aquí estén informados, continúa una necesidad para una etapa mejorada de tratamiento en la cual los materiales sólidos inorgánicos sean separados a partir de materiales orgánicos y para la separación de metales relativamente volátiles tales como Hg, As, Cs a partir de materiales inorgánicos relativamente no volátiles. La invención descrita a continuación de esta forma dirige tales problemas. El mejor proceso y aparato para llevar a cabo la invención realmente conocida a los inventores se describe a continuación. Parece que esta invención es particularmente útil como una etapa de "pretratamiento" en un proceso en el cual materiales orgánicos peligros son tratados subsecuentemente o destruidos, en este contexto que es el mejor modo descrito. Se entiende, sin embargo, que el proceso y/o aparato puede ser útil en situaciones "independiente". De esta forma, es posible, por ejemplo, que los materiales orgánicos puedan ser separados a partir de sólidos inorgánicos y recolectados para subsecuentes propósitos industriales u otros comerciales o disposición utilizando la invención descrita a continuación. En un primer aspecto amplio, la presente invención es un método para separar un componente relativamente volátil de un aglomerado que tiene un componente sólido. El método incluye moler el aglomerado en un recipiente por lo menos parcialmente sumergido en un baño de material fundido para liberar el componente relativamente volátil como vapor del mismo. Si se desea o requiere, el vapor liberado puede ser capturado. En el contexto de esta invención, un "aglomerado" es cualquier material que contiene un componente el cual cuando se calienta puede ser liberado en forma gaseosa. Tal componente es relativamente volátil con respecto a cualquier componente restante, los cuales permanecen como material sólido. De acuerdo a la modalidad preferida, descrita con mayor detalle a continuación, el baño del material fundido se calienta durante el tratamiento del aglomerado para suministrar una fuente de energía para el proceso de vaporización que corre en el recipiente de molienda. En un aspecto particular de la invención, el material fundido es estaño fundido. En el proceso de la modalidad preferida, el recipiente de molienda es un tambor cilindrico que tiene un eje central orientado generalmente horizontal y la etapa de molienda incluye impartir un movimiento de rotación al tambor cerca de su eje para empujar o de otra forma mover el material que es tratado de acuerdo al proceso dentro del recipiente. El método es adecuado para el tratamiento de material de desecho, particularmente donde el material de desecho contiene material orgánico. En tal caso, la etapa de capturación incluye introducir vapor orgánico liberado del material de desecho en una corriente gaseosa, donde la corriente es usualmente libre sustancialmente de oxígeno. Esto es para evitar la oxidación de los componentes orgánicos en el molino, la oxidación que.es generalmente no deseable, tanto en términos del material que es tratado y los componentes del aparato de tratamiento. La corriente gaseosa puede o no tener un gas reductor, tal como hidrógeno, metano, etano, propano, butano, gas natural o una combinación de los mismos. La corriente gaseosa puede ser parcialmente o totalmente un gas relativamente químico no reactivo, tal como nitrógeno o helio. La corriente puede contener agua en la forma de vapor. En la modalidad preferida, el recipiente de molienda tiene partículas sólidas inertes (por lo menos bajo, las condiciones del proceso que es llevado a cabo) relativamente químicas o cuerpos localizados dentro. El movimiento del recipiente provoca que los cuerpos se muevan y promuevan el rompimiento de las partículas aglomeradas en partículas relativamente pequeñas. Se ha encontrado que esto es posible en la escala al laboratorio, y resultados finales similares pueden ser obtenibles utilizando la modalidad preferida descrita con detalle a continuación, fracturando materiales aglomerados a varios grados necesarios para obtener la liberación efectiva de los componentes orgánicos. Se apreciará que el proceso a escala, lae condiciones requeridas para obtener resultados finales similares, pueden probablemente variar algo. De preferencia, los fragmentos sólidos o cuerpos son esferas, y más preferiblemente son pelotas metálicas. Las pelotas pueden tener un diámetro de entre 2.54 cm a 15.24 cm (una y seis pulgadas) . Un proceso en el cual todas las pelotas tienen un diámetro de aproximadamente 3.81 cm (1 1/2 pulgadas) , ha encontrado trabajo para promover el rompimiento de las partículas de la suspensión, por ejemplo. Remarcable, de acuerdo al proceso preferido, se ha encontrado posible obtener partículas de tamaño relativamente pequeño y consistente. De acuerdo a un segundo aspecto amplio, la invención incluye una unidad de desorción térmica. Una unidad preferida incluye un recipiente de desorción sellado desde la atmósfera que lo rodea para contener el material aglomerado que tiene un componente relativamente volátil para ser desorción térmicamente a partir del mismo. La unidad tiene un baño de estaño fundido y el recipiente está por lo menos parcialmente sumergido en el baño de estaño fundido para transferencia de calor a partir del baño al interior del recipiente para desorción del componente relativamente volátil a partir del material aglomerado. Se entiende que la "desorción térmica" debe tomarse en un sentido amplio en este contexto. Los componentes relativamente volátiles pueden ser liberados como gases por medio de la vaporización, y puede ser asistida por medio de una reacción química, es decir, una en donde los enlaces químicos dentro de una molécula orgánica grande sean rotos a través de una reacción química con hidrógeno de gases entrantes. La cosa más importante es que la transferencia de calor o la energía térmica ayude en la liberación de un componente relativamente volátil del material que es tratado en la unidad. Hay medios de liberación de componentes relativamente volátiles distintos a los descritos aquí, como se describirá con más detalle a continuación en conexión con las modalidades preferidas. En la unidad de la modalidad preferida, ésta tiene una puerta de entrada, por la cual gases entrantes son alimentados en el recipiente y una puerta de salida a través de la cual los gases liberados y de introducción fluyen hacia afuera del recipiente, de una manera controlada. La unidad puede por supuesto incluir medios de molienda tales como cuerpos sólidos para intermezclarse con el material que es tratado contenido dentro del recipiente.

En la modalidad preferida, el recipiente es un recipiente cilindrico que tiene un eje central orientado generalmente en forma horizontal para rotación del mismo, y el medio de molienda incluye bolsas sólidas ubicadas en el recipiente para intermezclarse con el material aglomerado durante la rotación del recipiente para fracturar las piezas del material aglomerado en tamaños pequeños. La relación de la longitud horizontal con la altura del recipiente puede ser entre aproximadamente 3 a 1 y aproximadamente 10 a l, por ejemplo, y se piensa que la relación más adecuada es aproximadamente 5 a 1. El aparato preferido incluye medios para calentar los gases de entrada antes de que entre al recipiente. El aparato preferido incluye una tolva que tiene un par de compartimientos, cada uno de los compartimientos que es capaz de conectarse al medio de alimentación mientras que el sellado desde el medio ambiente y el otro compartimiento, para permitir, alternativamente, que el material sea alimentado desde un primero de los compartimientos en el recipiente mientras que es sellado desde un segundo de los compartimientos y el medio ambiente mientras que el material es cargado en el segundo compartimiento y, el material a ser alimentado a partir del segundo compartimiento en el recipiente mientras que es sellado desde el primer compartimiento y el medio ambiente mientras que el material está siendo cargado en el primer compartimiento, para permitir la alimentación sustancialmente continua del material a ser tratado en el recipiente de desorción. En la modalidad preferida, el recipiente de desorción es un recipiente cilindrico que tiene ?n eje central orientado generalmente en forma horizontal y que tiene por lo menos una porción inferior del recipiente sumergido en el baño de estaño fundido. En una modalidad particular, la invención es un pulverizador de desorción térmica para desorber un componente relativamente volátil de un aglomerado. El pulverizador de desorción incluye un recipiente de desorción girable que está por lo menos parcialmente sumergido en un baño de estaño fundido para transferencia de calor desde el baño al interior del recipiente para promover la desorción del componente relativamente volátil como un gas a partir del aglomerado ubicado en el recipiente. Hay una caldera para el baño. Existe un cuerpo relativamente inerte sólido ubicado en el recipiente para intermezclarse con el aglomerado en cuanto el recipiente es girado, para fracturar físicamente el aglomerado. El recipiente tiene una puerta de entrada para la alimentación del aglomerado en la misma, una puerta de salida para la salida de gases y una segunda puerta de salida para la salida de las piezas fracturadas de los componentes sólidos relativamente no volátiles del aglomerado mientras que se retienen los cuerpos sólidos en el recipiente. Estoe y otros aspectos de la invención se describen a continuación adicionalmente en conexión con las modalidades preferidas de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En las figuras, la Figura 1 es una vista de planta superior de un aparato móvil de la presente invención; la Figura 2 es una elevación lateral del aparato de la Figura 1 en una sección parcial; la Figura 3 es una vista de tipo de extremo del extremo de entrada del aglomerado del aparato tomado a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 2; la Figura 4 es un detalle del aparato observado desde una posición ventajosa similar de la Figura 3, en una sección parcial; la Figura 5 es un detalle del aparato visto de un puna posición ventajosa similar a la Figura 3, en sección parcial; la Figura 5 es un detalle del tipo en perspectiva del extremo de salida del aparato, en una sección parcial; y la Figura 7 es una vista de sección en elevación lateral de la porción de procesamiento de sólidos de extremo del aparato.

Regresando a los dibujos, se ilustra una modalidad preferida del aparato 10 -móvil. El aparato 10 incluye generalmente el sistema 12 de entrada de desecho, el pulverizador 14 de pelota, el baño 16 de estaño y el sistema 18 de recuperación de sólidos (véase la Figura 7) , montado en un doble remolque de plataforma baja 20 de 16.76 metros (55 pies) . El sistema 12 de entrada de desecho, ubicado en el extremo delantero del remolque, está dividido en líneas de alimentación paralelas, cada línea que es esencialmente igual a la otra, solamente una será descrita. Cada línea incluye una tolva 22 que tiene una base estrecha y una parte superior amplia. El tubo 24, proporciona un paso de comunicación entre la tolva y el interior del pulverizador 14. Un transportador incluye dos pares de tornillos 26 de diámetro horizontal de aproximadamente 15.2 cm (6 pulgadas) intermallados, de contra rotación, que se extienden entre la parte inferior de la tolva y el interior del pulverizador proporcionando un medio para alimentar el material de provisión desde la tolva al pulverizador de pelota. La disposición es tal que la tapa de la tolva 22 puede ser cerrada para aislar el interior de la tolva del ambiente externo. El pulverizador 14 de pelota incluye el tambor 28 que contiene pelotas de acero 30 de 1 1/2 pulgadas (3.8 cm) . El tambor está sumergido parcialmente en un baño de estaño fundido 16 y es girado por la unidad 32 de accionamiento. El estaño del baño está contenido en el tambor 34 estático. La unidad de accionamiento incluye dos motores (no ilustrado) que tienen engranajes los cuales están engranados con ruedas dentadas 36 de accionamiento, conectadas a través de las cadenas 38 de rodillos a las ruedas dentadas 40 coaxiales ubicadas en una flecha centrada en el eje del tambor 28. Los quemadores 42 están proporcionados abajo del baño 16 de estaño entre el horno 44. La liberación de los gases del quemador co bustionado se proporciona a través de la cuba 46. Un paso para gases de entrada se proporciona por el tubo 48 el cual se extiende a través de la zona caliente alrededor del pulverizador de pelota para la entrada de gases al tambor 28 en el extremo opuesto a la entrada de la provisión de alimentación. Un paso para el material gaseoso de salida se proporciona alrededor de los tubos 24 para permitir la salida de gas al tubo 50, el material gaseoso de esta forma sale del tambor en el mismo extremo en el cual entra la provisión de alimentación. En la modalidad descrita, el tubo 50 lleva al recipiente de reducción del modo ilustrado en la Patente de los Estados Unidos No. 5,050,511, por ejemplo, para tratamiento de material gaseoso que emerge. Una pantalla de deflexión se proporciona cerca de la puerta 52 de salida de sólidos por la ranura 54 para retener las pelotas 30 dentro del tambor 28. Las aspas 56, similares a aquellas del mezclador de un camión de cemento, se ubican entre las ranuras y la puerta de salida. El sistema 18 de recuperación de sólidos incluye el transportador 58 para la eliminación de sólidos o impurezas que emerjan desde la puerta 52 en el extremo de salida del tambor 28. El transportador 58, accionado por el motor 60, llega al tubo 62 el cual llega últimamente al pulverizador 64 de arcillas. El sistema 18 de recuperación de sólidos incluye la puerta 66 centrada de vapor. Corriente abajo de la entrada de vapor está la puerta 68 de entrada de agua. El material es transportado adicionalmente a través de la zona 70 de enfriamiento enfriada por la cubierta 72 de enfriamiento de agua. El recipiente para descargar sólidos pulverizados 74 giratorio se ubica entre la cubierta de enfriamiento y el pulverizador 64 de arcillas. El pulverizador de arcillas incluye las paletas 76 en la flecha 78, la cual se acciona por el motor 80. Para empezar la operación, se carga un lote de material contaminado en una de las tolvas 22, la parte interior de la tolva que es sellada para aislar el interior del sistema de los alrededor. La parte superior del compartimiento cargado es cerrado y de esta manera sellado del medio ambiental y el resto del aparato. El compartimiento es purgado entonces de oxígeno por influjo de nitrógeno a través de las válvulas de entrada y salida, no ilustradas.

Otros componentes del aparato sellados del ambiente exterior, esto es el tubo 24, el pulverizador 14 de pelotas, el tubo 48 de entrada de gas, el tubo 50 de salida de gas, el tubo 62, que conducen al pulverizador de arcilla son similarmente purgados de oxígeno. En forma similar, el recipiente de reducción del destructor orgánico, tal "como se ilustra en la Patente de los Estados Unidos No. 5,050,511, se purga también de oxígeno. El baño 16 de estaño se mantiene en condición fundida a una temperatura adecuada arriba del punto de fusión del estaño, esto es, aproximadamente arriba de 232°C por calderas 42. El tambor 28 es fijado para girar y las hélices 26 son giradas para transportar el material de desecho desde la tolva cargada a través del tubo 24 al tambor girando. En el tambor, el material de desecho se pone en contacto con las pelotas 30 calientes y generalmente es sacudido, quebrantado, pulverizado, o similarmente en general fracturado en partículas relativamente pequeñas. Adicionalmente, la transferencia de calor desde las pelotas calientes y la pared caliente del tambor provoca que el material orgánico sea volatilizado o de manera similar dispersado en la atmósfera del tambor. El hidrógeno es alimentado a través del tubo 48, el cual por sí mismo a través de la zona 82 de calentamiento para entrar en el tambor en el extremo opuesto a la entrada del desecho sin purificar, el flujo de hidrógeno que es controlado por una válvula apropiada. El hidrógeno es de esta manera calentado antes de que entre el tambor 28. El material volatilizado liberado del desecho se introduce por el flujo de hidrógeno, generalmente en la dirección de los ejes 84 y de esta manera dirigido al tubo de salida de gas 50 para viajar al reactor para destrucción. La disposición es tal que inicialmente, en el extremo de entrada de alimentación de desecho del tambor, el agua y muchos compuestos volátiles son calentados y vaporizados. Los compuestos orgánicos menos volátiles y semivolátiles son volatilizados posteriormente en cuanto la temperatura de los sólidos en el tambor se incremente, en combinación con la accesibilidad incrementada del hidrógeno a los sólidos una vez que el agua ha hervido. Con el calentamiento adicional, son gasificados los hidrocarburos de alto peso molecular y otros compuestos orgánicos relativamente no volátiles, tales como celulosa e hidrocarburos polimerizados, en moléculas gaseosas pequeñas, posiblemente quedando algún residuo de carbón. Por último, se forman los sólidos restantes del material de desecho, o impurezas que son químicamente inertes a las condiciones interiores del tambor. Las impurezas viajan generalmente hacia el extremo de salida del tambor. Eventualmente, tales impurezas pasan a través de la ranura 54 para ser transportadas hacia la puerta 52 girando las aspas 56 para caer finalmente a las hélices 58 las cuales transportan las impurezas al pulverizador de arcillas. Las ranuras 54 son suficientemente pequeñas para retener grandes pedazos gruesos de material de provisión que ha sido suficientemente fracturado dentro del tambor. El transportador 58, construido de transportadores de tornillo, y de paleta, tiene aproximadamente 1.22 m (cuatro pies) en longitud y transporta el material al pulverizador de arcillas. El vapor es inyectado a través de la puerta 66. Tal vapor, en algún grado, proporciona un sello de gas y disminuye la re-contaminación de sólidos debidos al contraflujo de la corriente limpia contra el vapor contaminado. Un flujo controlado de agua se inyecta a unas cuantas pulgadas corriente arriba del pulverizador de arcilla a través de la puerta 68 de entrada. La mayoría del agua es arrastrada corriente abajo y se mezcla con, y ayuda al enfriamiento de los sólidos que salen para formar un material pastoso. El material húmedo es transportado a través de la zona 70 de enfriamiento enfriada por la cubierta 72 de enfriamiento de agua. El material es transportado al recipiente para descargar sólidos pulverizados 74 giratorios y dentro del pulverizador 64 de arcilla. El material pastoso es comprimido y acumulado dentro del pulverizador de arcilla y extruido eventualmente del mismo como una pasta relativamente homogénea. El pulverizador de arcilla también ayuda a sellar el extremo de salida de sólidos del aparato del ambiente externo. En una disposición alternada, los sólidos pueden ser recuperados de la puerta 88 de salida del pulverizador por una hélice similar a la hélice 58, la cual es enfriada con aire más que enfriada con agua, con aire caliente generado que es introducido subsecuentemente en la captación de un ventilador de aire para combustión para los quemadores 42 del baño de estaño. Los sólidos que salen de la hélice pueden pasar entones a través de la válvula del recipiente para descargar sólidos pulverizados giratorios a la tolva de almacenamiento temporal. Un flujo pequeño de rociado de agua puede generar vapor en los sólidos calientes, proporcionando enfriamiento adicional de los sólidos, y un sello de gas entre la tolva de almacenamiento y el pulverizador a través del flujo inverso del vapor a través de la válvula del recipiente para descargar sólidos pulverizados giratorios y la hélice de salida de sólidos. Los sólidos calientes pueden ser eliminados de la tolva de almacenamiento temporal utilizando un transportador de cadena de tubería que tiene una cadena con discos circulares para forzar los sólidos hacia adentro y a través de la tubería a la cámara de acondicionamiento de sólidos. El transportador de cadena de tubería puede proporcionar un grado adicional de sello de gas para el interior del aparato de la atmósfera exterior siendo colocado abajo de la superficie de los sólidos. Estos sólidos pueden ser enfriados y humedecidos en la cámara de acondicionamiento por un rociado controlado de agua. La cámara de acondicionamiento puede ser equipada opcionalmente con otro medio mezclador tal como hélices para facilitar el mezclado del rociado de agua y sólidos, y mejor efecto de la transferencia de calor. El vapor generado puede ser dirigido a un tanque de detención o a una disposición de torre, en el cual el vapor puede ser condensado a agua y enfriado en un intercambiador de calor. Ya que la cámara de acondicionamiento puede consumir agua para humedecer los sólidos, ningún efluente puede ser generado del sistema de detención de vapor y pudiera ser necesario agregar agua. Los sólidos acondicionados pueden salir de la cámara de acondicionamiento por el medio de una continuación del transportador de cadena de tubería a una ubicación conveniente para recolección en una cubeta o pila. Como el desecho cargado en uno de los compartimientos 22 de la tolva es para ser tratado, el otro de los compartimientos puede ser aislado del resto del sistema y cargado con desecho y el compartimiento purgado. Una vez que el primer lote ha sido alimentado al tambor, el primer compartimiento puede ser cerrado del sistema y el segundo abierto para proporcionar más o menos alimentación continua del material de desecho al tanque a pesar de que el material es alimentado alternativamente en las dos tolvas 22 en lotes. Eventualmente, la corriente del producto gaseoso del proceso de reducción, el cual generalmente contiene hidrógeno, puede actuar como una fuente para la corriente de entrada. Se apreciará que es importante aislar los pasos del flujo de hidrógeno interior del ambiente externo, el hidrógeno que es altamente reactivo con oxígeno. El mismo proceso de separación (es decir, de los materiales relativamente volátiles y no volátiles) descrito aquí, se refiere generalmente a la técnica como desorción térmica. Esto es debido a que la transferencia de calor o energía térmica transferida al material de desecho provoca que los componentes orgánicos relativamente volátiles del material sean desorbidos de los componentes relativamente no volátiles, tales como arena, por ejemplo. El hidrógeno, o mezclas que contienen concentraciones sustanciales de hidrógeno, son los gases de entrada preferidos en el proceso descrito aquí, ya que el hidrógeno es el gas utilizado para reducir los orgánicos desorbidos en una etapa subsecuente como se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 5,050,511. Se apreciará que la reducción ocurre en el mismo aparato de desorción. Además, el hidrógeno, debido a su tamaño pequeño y habilidad para penetrar las superficies porosas, ayuda en el proceso de desorción. La reactividad del hidrógeno permite que ocurran las reacciones que pueden mejorar posiblemente la desorción de moléculas orgánicas a partir de materiales inorgánicos. El hidrógeno puede atenuar también el efecto de enlace del hidrógeno entre las moléculas o superficies tales como arcillas, para permitir una eficiencia de desorción mejorada. Se espera, de esta manera que el hidrógeno proporcione características de desorción mejoradas sobre el nitrógeno, helio u otros gases inertes. Puede, sin embargo, ser deseable, en otras aplicaciones en las cuales se desee simplemente recolectar el material desorbido, utilizar vapor, nitrógeno, o helio, por ejemplo, o mezclas de los mismos como gases de entrada. Por supuesto, el oxígeno no puede ser utilizado en la mayoría de las situaciones si se quiere evitar la oxidación del material desorbido. El tambor de la modalidad descrita tiene aproximadamente 1.2 metros (4 pies) de diámetro por aproximadamente 6.1 metros (aproximadamente 20 pies) en longitud y es de acero o acero inoxidable. La pared curveada inferior del pulverizador puede ser generalmente conformado para reducir cualquier movimiento de tipo de oscilación de las pelotas, puede ser adecuadas las pelotas suficientes para obtener 3 a 7 líneas en muchas situaciones. El interior del tambor puede ser alineado con un material adecuado para alargar la vida del acero. Para suelos o suspensiones que contienen PCB, puede ser adecuada una temperatura del baño de entre aproximadamente 500°C • y 600°C para la desorción. Las condiciones de operación precisas tales como la temperatura, número de pelotas, velocidad de rotación del tambor, velocidad de entrada del material de desecho en el tambor, velocidad del flujo de gas entrante, y el tiempo de residencia de sólidos en el tambor, etc., pueden ser determinadas de situación a situación. La reducción física en el tamaño de partícula y la fracturación de las fibras orgánicas resulta de la acción de la pulverización de las pelotas en movimiento en el material de desecho, conduciendo a la desorción mejorada de los componentes orgánicos a partir de desechos que contienen sólidos, o de otra manera materiales aglomerados, tales como arcillas fangosas, etc. El tamaño pequeño de la partícula incrementa el área superficial disponible para la interfase sólido-gas, la cual permite la velocidad incrementada y un grado de desorción de los químicos orgánicos a partir del material no volátil.

El proceso descrito y el aparato pueden ser particularmente adecuados para pre-tratamiento de alquitranes que contienen hidrocarburos poliaromáticos (PAH) para desorber los PAH para destrucción subsecuentemente u otro tratamiento. Otras aplicaciones posibles pueden incluir el pretratamiento de otros desechos orgánicos fibrosos, metales peligrosos, alquitranes de carbón, desechos biomédicos, y desechos de pasta de papel y papeles. El material de desecho puede o no contener compuestos orgánicos tales como bifenilos halogenados, bencenos halogenados, fenoles halogenados, cicloalcanos halogenados, alcanos halogenados, alquenos halogenados, dioxinas halogenadas y dibenzofuranos halogenados. Como se mencionó previamente, los PCB pueden estar contenidos en el desecho, u otros compuestos orgánicos clorados comúnmente utilizados tales como bencenos clorados, fenoles clorados, cicloalcanos clorados, alcanos clorados, alquenos clorados, dioxinas cloradas, y dibenzofuranos clorados, etc. Se apreciará que el mecanismo de separación de los componentes, aunque descritos aquí primariamente para estar en un proceso de desorción química y física, puede implicar la evaporación, gasificación y, dado una atmósfera reductora, una reducción química parcial, sola o en combinación. El término "desorción", en el contexto de esta invención, de esta forma incluye cualquier proceso por el cual el material es volatilizado, es decir, liberado en forma gaseosa a partir de un sólido. En cualquier caso, se ha encontrado posible, obtener resultados en la escala de laboratorio que muestran la eficacia de esta invención. Se utiliza el hidrógeno como gas de entrada. En un proceso escalada, las variables de operación primarias afectan el grado de volatilización probablemente en el tiempo de residencia total en el tambor del material en el pulverizador y la temperatura en el pulverizador. Se presentan los resultados a escala en la Tabla 1. TABLA 1: RESUMEN DE LOS RESULTADOS DE LAS PRUEBAS A ESCALA LABORATORIO DEL PULVERIZADOR DE DESORCIÓN TÉRMICA Tipo de Desecho Concentración Concentración del PCB en dedel impurezas secho (ppm) de PCB (ppm) Suelo (alquitranoso, aceitoso) 39 0.01 Suelo (seco, arenoso, PCB-especiniforme) 440 0.0039 Suelo (seco, arenoso, PCB-especiniforme) 520 0.0016 Sedimento (fangoso, fino, PCB- especiniforme) 710 0.028 Sedimento (fangoso, fino, PCB-especiniforme) 790 0.0097 Sedimento (fangoso, fino, PCB-especiniforme) 750 0.065 Sedimento (fangoso, fino) 7.3 0.0029 Sedimento (fangoso, fino) 8.3 0.0066 Sedimento (fangoso, fino) 8.3 0.0013 Sedimento (fangoso, fino) 420 0.0017 Sedimento (fangoso, fino) 420 0.012 Sedimento (fangoso, fino) 2000 0.044 Sedimento (fangoso, fino) 1200 ND (0.011) Sedimento (fangoso, fino) 8.3 ND (0.005) Como se observa en la Tabla 1, la concentración de PCB del material de desecho de partida se reduce sustancialmente, a una fracción de partes por millón en las impurezas que permanecen después del tratamiento de acuerdo al proceso de la invención. Los resultados ilustrativos son obtenidos utilizando temperaturas del estaño fundido de entre 500°c y 600°C y tiempo de procesamiento de 5 a 15 minutos. Mientras que los resultados obtenidos dependen del tiempo de residencia en el pulverizador del material que es procesado, la temperatura interior del pulverizador, etc., es claro que cantidades grandes de material de PCB pueden ser desorbidos efectivamente a partir de tipos diferentes de materiales de inicio utilizando la invención descrita aquí.

Para el tratamiento del material de desecho, el objeto principal de una persona que utiliza la invención es probablemente eliminar el material volatilizable en por lo menos un grado necesario para cumplir los requerimientos regulatorios de una localidad dada. Debe ser posible obtener resultados reproducibles y de esta forma predecibles utilizando el proceso y aparato descrito para un modo dado de material de desecho de partida. Se entiende de esta manera que el término "pulverización o molienda" incluye la fracturación del material aglomerado en sus partes componentes para permitir la liberación del material volatilizable, pero por supuesto, los particulados sólidos pueden también ser fracturados o quebrados en partículas de tamaño pequeño utilizando el proceso descrito. En la modalidad descrita, la disposición el tambor es tal que se sumerge el estaño fundido a aproximadamente 15% de su diámetro. Esto puede variar también. La alta densidad del estaño hace que éste sea un material adecuado para el baño en el cual se soporte un tambor de rotación. También, la alta conductividad térmica, la baja viscosidad, la alta tensión superficial y la no reactividad con el hidrógeno del estaño, hace a éste un material particularmente adecuado para el baño. La altura en la cual el tambor 28 se asienta con respecto al tambor 34 del baño puede variar de acuerdo a la cantidad de estaño en el baño 34 o con el peso del material en el tambor 28 en un tiempo dado. La variación limitada en la altura se acomoda por la disposición de la cadena de accionamiento del rodillo en el extremo de la provisión de alimentación y montando la flecha 86 centrada del tambor a un soporte montado en una guía 88 vertical en el extremo de salida de los sólidos del aparato. Como se mencionó previamente, el estaño tiene un punto de fusión de aproximadamente 232°C. El punto de ebullición es de aproximadamente 2260°C y el estaño elemental tiene una toxicidad relativamente baja. De esta manera, existe un rango de temperatura bastante amplio sobre el cual puede ser operado el proceso descrito, tomando en cuenta la capacidad de presión reducida de los materiales tales como el acero inoxidable, etc., con temperatura incrementada. Hay dos quemadores 42 en la modalidad descrita en los cuales se utiliza propano, gas natural o cualquier combustible adecuado. Los productos de reducción del proceso de destrucción de desecho pueden eer regularmente utilizados como combustibles para los quemadores. Los sistemas ramificados de múltiples quemadores se operan en altas relaciones de aire: combustible pueden también ser utilizados para proporcionar calentamiento más uniforme y para controlar la temperatura de la flama. Existen paredes externas al tambor las cuales forman un horno dividido en cámaras superiores e inferiores. Los gases del quemador combustionado son dirigidos primero a través de una cámara inferior del horno hacia el extremo de salida de impurezas del tambor. Los gases son entonces dirigidos a través de la cámara superior del horno para calentar la porción superior del tambor, gases arrastrados que fluyen hacia adentro, tubo 48, y gases desorbidos y arrastrados de salida, tubo 50. Los gases del quemador combustionado son venteados por último desde el horno a la atmósfera exterior a través de la cuba 46. Una dispoeición alternativa para el sistema 12 de entrada de desecho ilustrada anteriormente es un sistema que incluye una bomba de cavidad progresiva, que tiene otra vez líneas de alimentación paralelas esencialmente idénticas entre sí para mayor o menor alimentación continua de lotes cargados alternativamente del material. Un ejemplo de tales bombas incluyen aquellas disponiblee de Bornemann, o de Ingereoll-Dreeeer Pump Company de Chesapeake, Virginia. Como el proceso y aparato descritos aquí pueden con frecuencia ser utilizados con materiales que son peligrosos si se liberan al ambiente, cualquier uso de la invención puede incluir medidas de monitoreo apropiado y de seguridad. Por ejemplo, pueden ser colocados típicamente uno o más monitores capaces de detectar materiales peligrosos en la salida del pulverizador de arcilla con apropiada detención automática controlada del aparato si se encuentran fugas de materiales peligrosos a través de la salida. Por supuesto, se entiende que la descripción anterior incluye el modo preferido conocido realmente por los inventores, pero que dado un entendimiento de la invención, una persona con habilidad en la técnica puede realizar variaciones de la anterior como sea posible, el alcance de la invención que se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (53)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para separar un componente relativamente volátil de un aglomerado que tiene un componente sólido, caracterizado porque el método comprende pulverizar el aglomerado en un recipiente por lo menos sumergido parcialmente en un baño del material fundido para liberar el componente relativamente volátil como vapor a partir del mismo.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende la etapa de capturar el vapor para evitar la liberación del mismo al ambiente.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material 'fundido es calentado para transferir energía desde el baño al interior del recipiente para promover la liberación del componente relativamente volátil.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el material fundido es estaño fundido.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el recipiente es un tambor cilindrico que tiene un eje central orientado generalmente en forma horizontal y la etapa de molienda o pulverización incluye girar el tambor cerca de su eje.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el tambor tiene una relación de longitud: diámetro de entre aproximadamente 3:1 y aproximadamente 10:1.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la relación es de aproximadamente 5:1.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el tambor gira entre aproximadamente 5 y aproximadamente 30 revoluciones por minuto. .
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el tambor gira a una velocidad de aproximadamente 15 revoluciones por minuto.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el tambor es de acero inoxidable o acero.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el aglomerado es material de desecho y el componente relativamente volátil comprende material orgánico y la etapa de captura incluye introducir el vapor orgánico liberado del material de desecho en una corriente gaseosa sustancialmente libre de oxígeno.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la corriente gaseosa incluye un gas reductor.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el gas reductor se selecciona de hidrógeno, metano, etano, propano, butano, gas natural o una combinación de los mismos.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el gas reductor es hidrógeno.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la corriente gaseosa incluye nitrógeno, vapor, helio o una combinación de los mismos.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la corriente gaseosa tiene una concentración inicial de hidrógeno de por lo menos aproximadamente 50%.
17. 17. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque existen partículas relativamente inertes químicamente, sólidas, ubicadas en la parte inferior del recipiente y la etapa de molienda o de pulverización incluye mover las partículas dentro del recipiente para mezclar las partículas y el aglomerado para fracturar el aglomerado.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el tambor contiene relativamente cuerpos sólidoe químicamente inertes y la etapa de pulverización incluye girar el tambor de tal forma que los cuerpos y el aglomerado se intermezclen para fracturar las piezas relativamente grandes del aglomerado a piezas relativamente pequeñas para mejorar la liberación del componente relativamente volátil.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque los cuerpo sólidos son esferas.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque los cuerpos sólidoe eon pelotae metálica .
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque lae pelotas tienen un diámetro entre aproximadamente una y seie pulgadae.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el diámetro de las pelotas es aproximadamente 1-1/2 pulgadas.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de pulverización incluye fracturar el aglomerado para obtener partículas de tamaño relativamente pequeños y consistentes.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye mantener la temperatura en el recipiente entre aproximadamente 300°C y aproximadamente 600°C.
25. 25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la temperatura está entre aproximadamente 500°C y aproximadamente 600°C.
26. 26. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente sólido tiene un tiempo de residencia en el recipiente de entre aproximadamente 5 y aproximadamente 20 minutos.
27. 27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque el tiempo de residencia del componente sólido en el recipiente ee entre aproximadamente 10 minutoe y aproximadamente 15 minutoe.
28. 28. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende la etapa de introducir el vapor liberado en una corriente gaeeosa para transferir el vapor a una zona de tratamiento.
29. 29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el vapor es reducido químicamente en la zona de tratamiento.
30. 30. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el vapor es condensado a un líquido en la zona de tratamiento.
31. 31. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglomerado incluye material de desecho que contiene compuestos orgánicos tales como bifenilos halogenados, bencenos halogenados, fenoles halogenados, cicloalcanos halogenados, alcanos halogenados, alquenos halogenados, dioxinas halogenadas o dibenzofuranos halogenados o compuestos orgánicos clorados que incluyen bifenilos policlorados, bencenos clorados, fenoles clorados, cicloalcanos clorados, alcanos clorados, alquenos clorados, dioxinas clorados o dibenzofuranos clorados o similares, o mezclas de cualquiera de estos, y/o aglomerados que incluyen metales peligrosos, alquitranes de carbón, desechoe biomédicoe o deeechos de pasta de papel o papel o mezclas de los mismos.
32. 32. Una unidad de desorción térmica, caracterizada porque comprende : un recipiente de desorción para el material aglomerado que tiene un componente relativamente volátil para ser desorbido térmicamente del mismo; un baño de estaño fundido, el recipiente que está por lo menos parcialmente sumergido en el baño de estaño fundido para transferencia de calor desde el baño al interior del recipiente para desorción del componente relativamente volátil a partir del material aglomerado; y medios para pulverizar el aglomerado dentro del recipiente para mejorar la resorción térmica del componente relativamente volátil.
33. 33. Una unidad de desorción térmica, caracterizada porque comprende : un recipiente de resorción para material aglomerado que tiene un componente relativamente volátil para ser desorbido térmicamente del mismo; y un baño de estaño fundido, el recipiente que está por lo menos parcialmente sumergido en y en forma movible con respecto al baño para la transferencia de calor desde el baño al interior del recipiente para desorción del componente relativamente volátil a partir del material aglomerado.
34. 34. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 32 ó 33, caracterizada además porque comprende una caldera para el baño, para actuar como una fuente de calor para la transferencia de calor.
35. 35. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 32, 33 ó 34, caracterizada porque el interior del recipiente está sellado de la atmósfera exterior, y además comprende medios para capturar el material gaseoso desorbido liberado del material aglomerado.
36. 36. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 35, caracterizada porque el medio de captura incluye un recipiente de almacenamiento conectado al recipiente de desorción por una válvula, para la traneferencia de material gaeeoso desde el recipiente de desorción al recipiente de almacenamiento.
37. 37. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 32, 33, 34, 35 ó 36, caracterizada además porque comprende el medio para introducir el material gaseoso desorbido liberado del material aglomerado.
38. 38. La unidad de desorción térmica de conformidad on la reivindicación 37, caracterizada porque el medio de entrada incluye una entrada en el recipiente para la entrada controlada en la misma de loe gaees de entrada y una salida del recipiente para salida controlada de la materia gaseosa.
39. 39. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 32, 33, 34, 35 ó 36, caracterizada porque el recipiente de desorción ee ?n recipiente cilindrico que tiene un eje central orientado generalmente en forma horizontal para rotación del mismo, y el medio de pulverización incluye relativamente cuerpos sólidos químicamente inertes ubicados en el recipiente para intermezclarse con el material aglomerado durante la rotación del recipiente para fracturar las piezas del material aglomerado en tamaños pequeños.
40. 40. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 39, caracterizada porque la relación de la longitud horizontal con la altura del recipiente está entre aproximadamente 3 a 1 y aproximadamente 10 a 1.
41. 41. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 40, caracterizada porque la relación es aproximadamente 5 a 1.
42. 42. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 39, caracterizada porque el recipiente de desorción tiene una puerta de entrada para el material aglomerado en un primer extremo axial del recipiente y una puerta de salida para los materiales relativamente no volátiles no desorbidos en un segundo extremo axial del recipiente .
43. 43. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque comprende el medio para introducir el material gaseoso desorbido liberado del material aglomerado.
44. 44. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 43, caracterizada porque el medio de introducción incluye una entrada en el recipiente para introducir en la misma los gases de entrada en el segundo extremo axial del recipiente y una salida del recipiente para la salida del material gaseoso a partir del primer extremo axial del recipiente.
45. 45. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 44, caracterizada ademáe porque comprende medioe para calentar los gaees de entrada antes de que entren al recipiente.
46. 46. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 45, caracterizada además porque comprende medios para alimentar el material aglomerado en el recipiente a través de la puerta de entrada.
47. 47. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 46, caracterizada además porque comprende una tolva que tiene un par de compartimientos, cada uno de los compartimientos que es capaz de conectar al medio de alimentación mientras que el sellado del ambiente exterior y el otro compartimiento, permite, alternativamente, que el material aglomerado eea alimentado desde el primero de los compartimientos al recipiente de desorción mientras que el sellado del segundo de los compartimientos y el ambiente exterior mientras que el material aglomerado es cargado en el segundo compartimiento y el material aglomerado alimentado desde el segundo compartimiento en el recipiente de deeorción mientras que el sellado del primer compartimiento y el ambiente exterior mientras que el material aglomerado es cargado en el primer compartimiento, para permitir la alimentación continua sustancialmente del material aglomerado en el recipiente de desorción.
48. 48. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 32, 33 ó 34, caracterizada porque el recipiente de desorción es un recipiente cilindrico que tiene un eje central orientado en forma horizontal y por lo menos una porción inferior del recipiente está sumergido en el baño de estaño fundido.
49. 49. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 48, caracterizada porque el recipiente es girable cerca de su eje central.
50. 50. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 39, caracterizada porque los cuerpos sólidos son conformados esféricamente.
51. 51. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 50, caracterizada porque los cuerpos sólidos son pelotas metálicas.
52. 52. La unidad de desorción térmica de conformidad con la reivindicación 39, caracterizada porque los cuerpos sólidos son pelotas de metal que tienen un diámetro entre aproximadamente uno y seis pulgadas.
53. 53. Un pulverizador de desorción térmica para desorber un componente relativamente volátil de un aglomerado, caracterizado porque comprende: un recipiente de desorción girable; un baño de estaño fundido, el recipiente que está por lo menos parcialmente eumergido en el baño para transferencia de calor desde el baño al interior del recipiente para promover la desorción del componente relativamente volátil como un gas del aglomerado ubicado en el recipiente; una caldera para el bañe- cuerpos sólidos ubicados en el recipiente para intermezclarse con el aglomerado en cuanto el recipiente es girado, para fracturar físicamente las piezas sólidas del aglomerado; y en el que: el recipiente tiene una puerta de entrada para alimentación del aglomerado dentro de la misma; el recipiente tiene una primera puerta para la salida del gas; y el recipiente tiene una segunda puerta de salida para la salida de las piezas fracturadas de los componentes sólidos relativamente no volátiles del aglomerado mientras que tiene los cuerpos sólidos en el recipiente.