USO DE MATERIAS RESIDUALES Y/O DE DESECHO EN HORNOS ELÉCTRICOS DE FUNDICIÓN DE CUBA BAJA.

Uso de materias residuales y/o de desecho con un contenido en halógeno en el intervalo de 0,

1 a 10% en peso, de manera particularmente preferida de 1,0 a 5,0% en peso, en cada caso referidas a la corriente empleada de materia prima como materiales de empleo en hornos eléctricos de fundición de cuba baja, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho se emplean para el aprovechamiento térmico y como fuente de carbono en la preparación de carburo de calcio

Objeto de la presente invención es el uso de materias residuales y/o de desecho como materiales de empleo en hornos eléctricos de fundición de cuba baja.

En hornos eléctricos de fundición de cuba baja, la cubeta del horno o bien la bandeja del horno se compone de un 5 elemento portante que se asemeja a un crisol con envolvente de acero que está equipado con nervios de acero verticales y horizontales para el refuerzo y la refrigeración. El propio crisol de acero está revestido en el fondo con una masa mineral refractaria, y sus paredes están protegidas frente a las solicitaciones térmicas mediante una mampostería refractaria. Adicionalmente, el fondo está revestido con bloques de carbono por encima de la masa refractaria. La cubierta de un horno eléctrico de fundición de cuba baja se compone típicamente de una construcción 10 portante refrigerada por agua que puede contener, adicionalmente, elementos de mampostería refractarios. Parar generar las elevadas temperaturas requeridas, hornos eléctricos de fundición de cuba baja presentan los denominados electrodos de Soederberg, que se trata de electrodos huecos de autocombustión y/o autococción. A través de estos electrodos se aporta al horno la energía eléctrica, y las materias primas se calientan de esta manera hasta la temperatura de reacción deseada. 15

Hornos eléctricos de fundición de cuba baja u hornos de arco eléctrico se emplean también para la preparación de carburo de calcio.

Desde hace décadas, el carburo de calcio representa un producto químico básico constantemente importante que, por ejemplo, se utiliza para la preparación de cal nitrogenada, derivados de NCN, gas acetileno así como metabolitos de acetileno y, más recientemente, como desulfurante en la industria del hierro y del acero. 20

A los denominados hornos de carburo se les aporta, con ayuda de sistemas de carga especiales, las respectivas materias primas en mezcla estequiométrica. La cal viva y también los diferentes tipos de coque tales como, p. ej., coque de hulla, coque de lignito o coque del petróleo se disponen en el horno, mezclados a través de sistemas de balanza. La mezcla de materias primas que se encuentra en el horno, que se designa también lecho de fusión, se calienta mediante la energía eléctrica aportada a través de los electrodos de Soederberg antes mencionados. La 25 energía eléctrica necesaria, la cual es suministrada a través de líneas de alta tensión en el intervalo de alto voltaje, debe modificarse, haciéndola descender hasta aproximadamente 200-300 voltios y aproximadamente 70.000 a 140.000 A, con el fin de garantizar así el caldeo del horno de carburo que está proyectado como calefacción de resistencia. El proceso de fusión propiamente dicho tiene lugar en las puntas de los electrodos de Soederberg redondas y penetran en el horno, a temperaturas entre 1700 y 2500ºC. 30

El lecho de fusión específico se calienta bajo las condiciones descritas hasta que se produzca una disociación térmica de óxido de calcio. Los productos de disociación resultantes en forma de calcio gaseoso y oxígeno ascienden a través de la descarga del lecho de fusión y, con ello, se estabilizan con carbono para formar carburo de calcio y monóxido de carbono. En estos procesos a gran escala se genera carburo de calcio con un contenido en carburo entre 75 y 80% y un gas del horno de carburo con monóxido de carbono a aproximadamente el 60 hasta 80% en volumen e hidrógeno a 35 aproximadamente el 10-30% en volumen. En este caso, la composición del gas del horno depende muy intensamente del tipo de las denominadas materias negras empleadas. El carburo fundido obtenido se retira del horno de carburo a través de sangrías con temperaturas de aprox. 1900ºC, se enfría, se disgrega y, a continuación, se envasa en botellas de carburo que sirven al mismo tiempo como típicos envases de transporte para carburos.

El procedimiento electrotérmico descrito es muy costoso dado que, por una parte, se requieren grandes cantidades de 40 energía eléctrica para crear la temperatura de reacción requerida de 2000 a 2300ºC y porque, por otra parte, se establecen elevados requisitos en cuanto a la pureza y tamaño de partículas de los materiales de partida. Así, en casi todas las instalaciones de producción, los hornos de carburo se emplean con una mezcla a base de cal viva desmenuzada y coque o bien antracita en una relación de 60 : 40 y con un tamaño de partículas de aprox. 5 a 40 mm, con lo que aumenta relativamente la complejidad para la producción de las materias primas, el almacenamiento y la 45 carga de los hornos de carburo.

No obstante, los gases que resultan en el procedimiento descrito, a saber monóxido de carbono e hidrógeno, se obtienen por otra parte como productos de acoplamiento y se aprovechan tanto desde un punto de vista de los materiales como también térmicamente en procesos conectados a continuación.

En el pasado no han faltado intentos de reducir el consumo de energía específico del proceso de carburo de calcio en 50 hornos eléctricos de fundición de cuba baja y/o de ahorrar costos en cuanto a las materias primas. Una vía alternativa consistía en emplear los componentes de partida en forma compactada, consistiendo los cuerpos moldeados correspondientes en los participantes en la reacción óxido de calcio y coque en la relación estequiométrica exigida. Piezas prensadas o briquetas de este tipo se describen en la memoria de patente DD 123185, en donde las briquetas de cal o de coque también se generan sin el empleo de aglutinantes, si la cal, en forma de cal apagada, es molida, 55

junto con el coque, a elevadas finuras y es comprimida como producto de molienda a continuación mediante briqueteado a alta presión. Un procedimiento similar, en el que se emplean piezas prensadas en hornos eléctricos de fundición de cuba baja en la preparación de carburo de calcio, se conoce de la memoria de patente DD 139948.

Un procedimiento para la preparación de carburo de calcio mediante reacción de un componente de carbono con óxido de calcio en el horno de arco eléctrico se conoce de la memoria de publicación alemana DE 4241246 A1. Partiendo de 5 materias primas relativamente económicas, en forma de desechos de materiales sintéticos reducidos y sin una gran complejidad técnica, se puede proporcionar un componente de carbono que puede ser empleado sin problemas en la preparación de carburo de calcio. Los desechos de materiales sintéticos desmenuzados se coquizan conforme a este procedimiento, en presencia de óxido de calcio finamente dividido y a temperaturas de 600 a 1400ºC, en un horno de cámara. Los gases de escape calientes que resultan durante la coquización, se toman, preferiblemente después de 10 separar el polvo y, eventualmente, en común con los gases de escape procedentes de la producción de carburo de calcio, para la generación de energía eléctrica. Se describe también que los gases de escape particularmente muy valiosos y puros pueden aprovecharse alternativa o adicionalmente también como gas de caldeo para las cámaras de coquización o pueden utilizarse como gases de síntesis. Los gases procedentes de la coquización y del horno de carburo, calientes y desprovistos de polvo en filtros de fibras de material cerámico, se calcinan, conforme al 15 procedimiento propuesto, en una cámara de combustión, y el calor generado fluye a través de calderas APC y turbinas de vapor. La cantidad de energía eléctrica generada sustenta presuntamente toda la demanda necesaria de energía eléctrica para la producción de carburos, que se encontraba en un intervalo de 2,8 MW/h/t de carburo. En el caso de los desechos de materiales sintéticos utilizados como materiales de partida se trata de materiales termoplásticos que se seleccionan típicamente del grupo de los polietilenos, polipropilenos o poliestirenos. 20

Otro procedimiento para la preparación de carburo de calcio mediante reacción de un componente de carbono con óxido de calcio en hornos de arco eléctrico lo tiene como objeto la memoria de publicación alemana DE 4241245 A1. Como componentes de carbono se emplean desechos de materiales sintéticos desmenuzados que, en presencia de óxido de calcio finamente dividido, se prepararon previamente en el horno rotativo tubular mediante pirólisis a 400 hasta 800ºC y, a continuación, mediante calcinación de la mezcla de óxido de calcio/coque de pirólisis resultante a 25 1000 hasta 1300ºC.

La memoria de publicación alemana DE 4241244 A1 recurre a un procedimiento similar. Como componente de carbono se emplean asimismo desechos desmenuzados de materiales sintéticos... [Seguir leyendo]

1. Uso de materias residuales y/o de desecho con un contenido en halógeno en el intervalo de 0,1 a 10% en peso, de manera particularmente preferida de 1,0 a 5,0% en peso, en cada caso referidas a la corriente empleada de materia prima como materiales de empleo en hornos eléctricos de fundición de cuba baja, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho se emplean para el aprovechamiento térmico y como fuente de carbono en la preparación de carburo de calcio. 5

2. Uso según la reivindicación 1, en un horno eléctrico de fundición de cuba baja con cubierta.

3. Uso según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el horno eléctrico de fundición de cuba baja presenta al menos un electrodo hueco, en particular un electrodo de Soederberg.

4. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el caso de las materias residuales y/o de desecho se trata de desechos de poblaciones, residuos de la industria o mezclas de ellos, o de materias residuales 10 orgánicas y difícilmente evacuables, en particular de medicamentos, chatarra electrónica, materiales de alto poder calorífico y/o que ponen en peligro la salud, o mezclas de los mismos.

5. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el contenido en halógenos se presenta en forma de cloro y/o flúor.

6. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho contienen 15 porciones de materiales sintéticos, en particular del procedimiento de empobrecimiento en PVC y, de manera particularmente preferida, de las que se trata de fracciones ricas en PVC procedentes del procedimiento de clasificación del infrarrojo cercano (NIR) o en las que no se aplicó el procedimiento de clasificación NIR.

7. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho presentan un diámetro de partícula de hasta 100 mm, preferiblemente de hasta 80 mm y, de manera particularmente 20 preferida, entre 5 y 50 mm.

8. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el caso de las porciones de materiales sintéticos se trata de materias primas secundarias procedentes de la recuperación de materiales sintéticos, en particular en forma compactada y/o extrudida, preferiblemente en forma tridimensional, y preferiblemente con un diámetro de partícula de hasta 100 mm y, de manera particularmente preferida, entre 40 y 60 mm, o porque las 25 porciones de materiales sintéticos representan laminillas y/o fracciones ligeras de la trituradora, en particular en el aprovechamiento de vehículos usados.

9. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las porciones de material sintético se componen de polietileno, polipropileno, poliuretanos, poliacrilonitrilos, PVC o mezclas de los mismos.

10. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho se 30 emplean como componente del lecho de fusión y/o se incorporan en la descarga del horno a través del electrodo hueco.

11. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la cantidad de materia residual y/o de desecho empleada, referida a la cantidad de producto a preparar, asciende como máximo al 100% en peso, en particular al 5 a 90% en peso y, de manera particularmente preferida, al 10 a 70% en peso. 35

12. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque las temperaturas del horno en la solera oscilan entre 1700 y 2500ºC.

13. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho atraviesan el lecho del horno de arriba a abajo y, con ello, recorren preferiblemente un perfil de temperaturas de inicialmente 300 a 700ºC hasta, finalmente, 1800 a 2200ºC en la solera. 40

14. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque las materias residuales y/o de desecho se transforman en hasta un 95%, preferiblemente en hasta un 80% y, de manera particularmente preferida, en hasta como máximo 30 a 70% en gas de pirólisis, y el carbono obtenido se emplea como fuente de carbono.

15. Uso según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque los productos de pirólis resultantes se emplean para la generación de energía eléctrica, lo cual sucede preferiblemente con ayuda de un motor a gas, una 45 turbina de gas y/o de vapor a alta presión.