HORNO DE GASIFICACIÓN Y FUSIÓN PARA RESIDUOS Y MÉTODO DE GASIFICACIÓN Y FUSIÓN.

Un horno de gasificación y fusión (5) para residuos (1), que es un horno vertical,

y en el que se queman los residuos, las materias orgánicas contenidas en los residuos se gasifican y recuperan como gas de activación y, al mismo tiempo, la ceniza y los metales contenidos en los residuos se recuperan como fundidos, incluyendo dicho horno una salida de gas (10), una salida de escoria y metal fundidos (9), una entrada de residuos (3), una lanza central del horno (6-3), una tobera superior (6-2) dispuesta en una o más fases en una parte de la pared del horno situada entre dicha entrada de residuos (3) y dicha salida de gas (10), una tobera inferior (6-1) dispuesta en una o más fases en la parte de la pared del horno situada entre dicha entrada de residuos (3) y dicha salida de escoria y metal fundidos (9), un dispositivo de medición de la posición (17), para medir la posición de una superficie del extremo superior (18) de los residuos (1) introducidos en el horno, y un dispositivo de medición de la temperatura dentro del horno, estando formada dicha salida de gas en una parte superior del horno, estando formada dicha salida de escoria y metal fundidos (9) en una parte inferior del horno, estando formada dicha entrada de residuos en una posición entre dicha salida de escoria y metal fundidos y dicha salida de gas, estando dispuesta dicha lanza central del horno (6-3) en la parte superior del horno, pudiendo moverse verticalmente a lo largo del eje del horno, tal como para descargar un gas de mantenimiento de la combustión hacia abajo, hacia el horno, caracterizado por que dicha tobera superior (6-2) está situada de manera que el ángulo al que se descarga el gas de mantenimiento de la combustión se desplaza desde la dirección del eje del horno, y la tobera inferior (6-1) se proyecta 100 mm o más en el horno, en una dirección en la que el gas de mantenimiento de la combustión, o tanto el gas de mantenimiento de la combustión como el combustible, se descargan hacia el eje del horno

La presente invención se refiere a un horno de gasificación y fusión, y a un método para residuos, en el que la materia orgánica contenida en los residuos sólidos municipales y/o residuos sólidos industriales, que pueden denominarse conjuntamente simplemente como “residuos” en lo sucesivo en este documento, se gasifican, después se recupera un gas (denominado también como “gas de activación” en lo sucesivo en este documento) que puede utilizarse como combustible, los metales de bajo punto de ebullición contenidos en los residuos se recuperan en forma de polvo y cenizas, y los metales valiosos (denominado también simplemente como “metales”) contenidos en esos residuos se recuperan como escoria fundida y metales fundidos, respectivamente. Particularmente, la invención se refiere a un horno de gasificación y fusión y a un método que permite un funcionamiento estable durante un largo periodo.

Como ejemplos de residuos se incluyen desechos municipales típicos, que son basuras, plásticos y chatarra de hierro, polvos de trituradora de automóviles y electrodomésticos caseros descartados, cenizas de fondo de horno y residuos de vertedero que contienen tierra y arena.

En la Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública Nº 9-314100 se describe un método operativo de un reactor a alta temperatura para tratamiento de residuos.

Dicho método operativo del reactor a alta temperatura se caracteriza porque al menos dos lanzas de oxígeno están dispuestas por debajo de una entrada de residuos, de tal manera que se potencie el flujo de residuo fundido y porque al menos dos lanzas de oxígeno están dispuestas por encima de la entrada de residuos, de tal manera que obstruyan el flujo de los componentes gaseosos que suben.

En la publicación anterior, sin embargo, no se describe ningún método concreto para ningún modo de realización sobre cómo potenciar el flujo de residuo fundido y cómo obstruir el flujo de componentes gaseosos que suben.

Los presentes inventores presumen que los gases introducidos y los gases resultantes de la descomposición de residuos forman un flujo ascendente a descargar en el exterior del sistema.

De esta manera, no existe dicho flujo descendente que refuerce el flujo de residuo fundido, sino que es dominante un flujo ascendente. Análogamente, tampoco existe dicho flujo que obstruya el flujo de componentes ascendentes. Por lo tanto, es difícil hacer funcionar artificialmente dicho flujo que obstruye el flujo de componentes gaseosos ascendentes.

Los presentes inventores piensan que la técnica descrita en la publicación anterior no está claramente descrita y está basada en principios contrarios a la ley natural y que, por lo tanto, es difícil la realización práctica de dicha técnica.

En la Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública Nº Hei 10-148317 se describen un horno de gasificación y fusión y un método en el que una serie de etapas que comprenden gasificar y fundir residuos, deshidratación y descomposición térmica y reformado del gas resultante (indicado reformado hasta CO, CO2, H2 y H2O) puede realizarse en un solo horno sin usar coque, que es caro, y que puede producir un gas de activación limpio, que no contiene alquitrán o dioxinas. El horno de gasificación y fusión y el método descrito en la publicación anterior se denominan en lo sucesivo en este documento como la técnica anterior.

La técnica anterior se refiere a una técnica de gasificación y fusión para residuos que usa, como una configuración básica, un horno que está provisto en una parte superior del mismo tanto con entrada de residuos como con salida de gas, y está provisto también en la parte inferior del mismo con una salida de escoria/metal fundido y está provisto adicionalmente entre medias de las partes superior e inferior de múltiples fases de toberas, que permiten que un gas de mantenimiento de la combustión y un combustible se descarguen, independientemente, a través de las mismas hacia el horno. Adicionalmente, como un desarrollo de la configuración básica, la técnica anterior está relacionada con una técnica de gasificación y fusión para residuos que incluye lanzas dispuestas en posiciones superiores y capaces de moverse verticalmente hacia el interior del horno, y descargar un gas de mantenimiento de la combustión y un combustible, cada uno independiente, medios para medir la posición de los residuos introducidos en el horno, medios para medir la temperatura de una parte media y medios para medir la temperatura de una parte superior. Esta técnica convencional es para separar residuos en un gas de activación que contienen CO y H2 como componentes principales, así como escoria y metales fundidos.

Sin embargo, tener toberas o lanzas para descargar un gas de mantenimiento de la combustión y un combustible, cada uno independientemente, da lugar a problemas, tales como que en el momento de la descarga de combustible desde una tobera o una lanza se forma una región de baja temperatura dentro del horno debido a una reacción endotérmica inducida por una descomposición térmica de los hidrocarburos contenidos en el combustible o, en el caso de un combustible sólido, la temperatura se reduce también mediante un gas portador usado para soplar y arrastrar el combustible. Incluso en el caso de que no se descargue un combustible sólido o líquido al horno, es necesario permitir que un gas de purga fluya constantemente para evitar que una tubería de suministro de combustible quede atascada. En consecuencia, se forma una región de baja temperatura en una parte de un punto de fuego, y la fusión de la escoria y los componentes metálicos contenidos en un residuo de descomposición térmica se hace inestable en un área por debajo de esa región de temperatura baja, haciendo imposible de esta manera lograr un funcionamiento estable.

Para evitar la aparición de dicha región de baja temperatura, también ha sido necesario descargar no sólo combustible sino también un gas de mantenimiento de la combustión necesario para la combustión del combustible. Como resultado, la cantidad de gas de mantenimiento de la combustión usado por volumen unitario de residuos tratados aumenta y la eficacia del proceso se deteriora.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método y aparato capaz de evitar la aparición de una región de baja temperatura en un horno de gasificación y fusión, concentrar un punto de fuego para la combustión de residuos y, de esta manera, recuperar de forma estable la escoria y los diversos metales fundidos, así como un gas de activación, que son de alto valor añadido.

Habiendo repetido los ensayos en el horno de gasificación y fusión, los presentes inventores fueron conscientes de los siguientes puntos (A) a (E).

(A) Como una lanza dispuesta en el centro del horno, no sólo es innecesario sino también perjudicial proporcionar un equipo para descargar un gas de mantenimiento de la combustión y un combustible, cada uno independientemente.

Respecto a LPG y LNG, usados como combustibles gaseosos, y petróleo, usado como combustible líquido, contienen por sí mismos muchos hidrocarburos e hidrógeno, por lo que debido a una reacción endotérmica provocada por la descomposición térmica se forma una región de baja temperatura en una parte de un punto de fuego, incluso aunque se suministre simultáneamente un gas de mantenimiento de la combustión con la introducción del combustible. La fusión de la escoria y los componentes metálicos contenidos en un residuo de descomposición térmica presente por debajo del punto de fuego se hace inestable debido a la caída de temperatura del punto de fuego, con la formación consecuente de una parte no fundida o una parte re-solidificada. De esta manera, una región de fusión no se forma de forma estable y el fluir hacia abajo del fundido se hace intermitente, dando como resultado que el funcionamiento del horno se haga inestable. Cuando se descarga un combustible sólido, es necesario usar un gas portador que no mantenga la combustión, y este gas portador golpea de manera concentrativa contra una superficie del extremo superior de los residuos introducidos en el horno, y promueve la acción de refrigeración, de manera que el funcionamiento del horno se hace aún más inestable.

(B) También como una tobera superior, como la lanza central del horno, no es necesario descargar el combustible porque está destinado a reformar y quemar el gas resultante de la descomposición térmica de los residuos.

(C) Disponiendo la lanza central del horno... [Seguir leyendo]

1. Un horno de gasificación y fusión (5) para residuos (1), que es un horno vertical, y en el que se queman los residuos, las materias orgánicas contenidas en los residuos se gasifican y recuperan como gas de activación y, al mismo tiempo, la ceniza y los metales contenidos en los residuos se recuperan como fundidos, incluyendo dicho horno una salida de gas (10), una salida de escoria y metal fundidos (9), una entrada de residuos (3), una lanza central del horno (6-3), una tobera superior (6-2) dispuesta en una o más fases en una parte de la pared del horno situada entre dicha entrada de residuos (3) y dicha salida de gas (10), una tobera inferior (6-1) dispuesta en una o más fases en la parte de la pared del horno situada entre dicha entrada de residuos (3) y dicha salida de escoria y metal fundidos (9), un dispositivo de medición de la posición (17), para medir la posición de una superficie del extremo superior (18) de los residuos (1) introducidos en el horno, y un dispositivo de medición de la temperatura dentro del horno, estando formada dicha salida de gas en una parte superior del horno, estando formada dicha salida de escoria y metal fundidos (9) en una parte inferior del horno, estando formada dicha entrada de residuos en una posición entre dicha salida de escoria y metal fundidos y dicha salida de gas, estando dispuesta dicha lanza central del horno (6-3) en la parte superior del horno, pudiendo moverse verticalmente a lo largo del eje del horno, tal como para descargar un gas de mantenimiento de la combustión hacia abajo, hacia el horno, caracterizado por que dicha tobera superior (6-2) está situada de manera que el ángulo al que se descarga el gas de mantenimiento de la combustión se desplaza desde la dirección del eje del horno, y la tobera inferior (6-1) se proyecta 100 mm o más en el horno, en una dirección en la que el gas de mantenimiento de la combustión, o tanto el gas de mantenimiento de la combustión como el combustible, se descargan hacia el eje del horno.

2. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se proporciona un estanque (19) de escoria (11) y metal (12) fundidos fuera de dicha salida de escoria y metal fundidos (9).

3. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 2, en el que se proporciona un dispositivo (20) para controlar una cantidad de almacenamiento de escoria (11) y metal (12) fundidos dentro de dicho estanque de escoria y metal fundidos.

4. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que se proporciona un equipo (21) para descargar tanto el gas de mantenimiento de la combustión como el combustible en dicho estanque de escoria y metal fundidos.

5. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pared del horno está construida de refractarios, y se proporciona un dispositivo (25) para enfriar la parte trasera de los refractarios.

6. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos una de dicha lanza central del horno (6-3), tobera superior (6-2) y tobera inferior (6-1) está hecha de cobre y tiene una estructura de refrigeración de agua y una ventana de visualización del interior del horno está fijada a la tobera inferior.

7. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que un extremo inferior de la tobera inferior (6-1), localizado en la fase inferior, está situado por debajo de una posición de altura intermedia entre una posición del extremo superior de dicha salida de escoria y metal fundidos (9) y una posición del extremo inferior de dicha entrada de residuos (3).

8. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de medición (17) para medir la posición de una superficie del extremo superior (18) de los residuos introducidos (1) comprende una tubería (28), una parte para descargar una cierta presión de gas desde un extremo inferior de la tubería al exterior de la tubería, un instrumento de medición (29) para medir una presión interna de la tubería y un dispositivo (37) para mover la tubería verticalmente.

9. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de medición de la posición (17) para medir la posición de una superficie del extremo superior (18) de los residuos introducidos (1) comprende una tubería (28), una parte para descargar una cierta presión de gas desde un extremo inferior de la tubería al exterior de la tubería, una tubería de gran diámetro (31) conectada al extremo inferior de dicha tubería (28), teniendo dicha tubería de gran diámetro (31) un diámetro interno mayor que el de dicha tubería (28), y que tiene una abertura (32) a través de la cual puede descargarse dicho gas, un miembro conformado superior (33) que puede moverse verticalmente, soportado por un extremo superior de dicha tubería de gran diámetro (31), teniendo dicho miembro conformado superior (33) una parte superior cuyo diámetro es menor que el diámetro interno de la tubería con diámetro más grande (31) y mayor que el diámetro interno de dicha tubería (28) y que también tiene una parte inferior cuyo diámetro es menor que el diámetro de dicha parte superior, un instrumento de medición (29) para medir una presión interna de dicha tubería y un dispositivo (37) para mover dicha tubería verticalmente.

10. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye adicionalmente, como un equipo instalado delante de dicha entrada de residuos (3), al menos uno de un equipo de secado para

secar los residuos, un equipo de retirada, para retirar los metales y/o vidrios de los residuos, y compactar el equipo de compactación los residuos.

11. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho equipo de retirada y dicho equipo de compactación están dispuestos en este orden.

12. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho equipo de secado, dicho equipo de retirada y dicho equipo de compactación están dispuestos en este orden.

13. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye adicionalmente un equipo de refrigeración de gas para enfriar el gas descargado, como un equipo instalado detrás de dicha salida de gas del horno.

14. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho equipo de refrigeración de gas es un equipo de tipo refrigeración por pulverización de agua.

15. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 13, que incluye adicionalmente un eliminador de polvo para separar el polvo del gas descargado, como un equipo instalado detrás de dicho equipo de refrigeración de gas.

16. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho eliminador de polvo es un filtro de bolsa.

17. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 15, que incluye adicionalmente una tubería de derivación para conectar entre sí la salida de gas de dicho equipo de refrigeración de gas y la salida de gas de dicho eliminador de polvo.

18. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 15, que incluye adicionalmente, como un equipo instalado detrás de dicho eliminador de polvo, al menos un equipo de desulfuración, un equipo de desnitrificación, y un equipo de recuperación de energía.

19. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 18, que incluye adicionalmente conectar tuberías para conectar dicha salida de gas del horno con dicho equipo de refrigeración de gas, dicho eliminador de polvo, dicho equipo de desulfuración y dicho equipo de desnitrificación, teniendo un expansor al menos una de dichas tuberías de conexión.

20. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho eliminador de polvo está instalado en dos o más fases.

21. Un horno de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho eliminador de polvo tiene un equipo para descargar un adyuvante en una entrada de gas del eliminador de polvo.

22. Un método de gasificación y fusión para residuos usando el horno de gasificación y fusión descrito en la reivindicación 1, método que comprende introducir residuos (1) en el horno (5) desde la entrada de residuos, permitiendo que el extremo superior del los residuos introducidos se forme en una posición por encima del extremo superior de la tobera localizada en la fase superior de las toberas inferiores (6-1), y por debajo de un extremo inferior de la entrada de residuos (3), descargar un gas de mantenimiento de la combustión en el horno desde la lanza central del horno (6-3) y las toberas superiores (6-2), descargar un gas de mantenimiento de la combustión, o tanto un gas de mantenimiento de la combustión como un combustible, en el horno desde las toberas inferiores (6-1), permitiendo que los residuos introducidos se quemen, manteniendo la temperatura de una superficie del extremo superior de los residuos introducidos a 600 ºC o mayor, manteniendo la temperatura del punto de fuego al cual un flujo principal del gas de mantenimiento de la combustión descargado desde la lanza central del horno (6-3) golpea contra la superficie de los residuos, a 2000 ºC o mayor, manteniendo el gas presente por encima de la entrada de residuos (3) en el horno a una temperatura en el intervalo de 1000 ºC a 1400 ºC y descargándolo desde la salida de gas (10), y descargando la escoria fundida (11) que contiene óxidos inorgánicos fundidos y metales, así como metales fundidos (12) desde la salida de escoria y metal fundidos (9).

23. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que se usa el oxígeno al 85% o más de pureza como dicho gas de mantenimiento de la combustión.

24. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la proporción de diámetro, df, del punto de fuego formado por la lanza central del horno (6-3) al diámetro interno, D, del horno está controlado de manera que Df/d  0,6 moviendo la lanza central del horno verticalmente.

25. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que una velocidad de flujo de gas media en una parte del horno por encima de la entrada de residuos (3) se controla a 1,0 m/s o menor.

26. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la basicidad (proporción en masa CaO/SiO2) en la escoria fundida resultante se ajusta a un valor en el intervalo de 0,6 a 1,2.

27. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 26, en el que la basicidad (proporción en masa CaO/SiO2) en la escoria fundida (11) resultante se ajusta introduciendo una materia prima previa que contiene CaO y/o una materia prima previa que contiene SiO2 en el horno.

28. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la densidad volumétrica de los residuos (1) introducidos en el horno de gasificación y fusión no es menor de 0,3 g/cm3.

29. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el volumen de cada uno de los residuos (1) introducidos en el horno de gasificación y fusión no es mayor de 0,03 m3.

30. Un método de gasificación y fusión de residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que los residuos (1) introducidos en el horno de gasificación y fusión no contienen más del 30% de humedad en términos de % en masa.

31. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el 50% o más, en términos de % en masa, de los metales contenidos en los residuos introducidos en el horno de gasificación y fusión se retiran por adelantado.

32. Un método de gasificación y fusión de residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el 50% o más, en términos de % en masa, de los vidrios contenidos en los residuos (1) introducidos en el horno de gasificación y fusión, se retiran por adelantado.

33. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el equipo de refrigeración del gas descargado está instalado fuera de la salida de gas (10) del horno de gasificación y fusión, y el gas descargado se enfría a una temperatura en el intervalo de 120 ºC a 200 ºC en dos segundos en dicho equipo de refrigeración de gas descargado.

34. Un método de gasificación y fusión para residuos de acuerdo con la reivindicación 22, en el que el polvo retirado por un eliminador de polvo instalado fuera de la salida de gas (10) del horno de gasificación y fusión se devuelve al cuerpo del horno.