Reciclado de lodos de aguas residuales con un reactor tubular en cruz.

Proceso para preparar una composición de valor nutriente para las plantas mejorado a partir de un material residual orgánico con valores de análisis bajos,

que comprende:

bombear una forma de suspensión del material residual orgánico con valores de análisis bajos a través de un reactor tubular que comprende dos tubos en cruz (26, 28) para la reacción con una base, ácido y agua para formar una masa fundida a alta temperatura;

pulverizar la masa fundida del reactor tubular (26, 28) sobre un lecho de reciclaje de finos en un granulador (14), y evaporar súbitamente el agua contenida en la masa fundida en forma de vapor en el granulador (14); laminar la masa fundida en partículas en el granulador (14) para formar partículas granuladas; y secar las partículas granuladas para reducir el contenido de humedad de las mismas para formar partículas granuladas secas que comprenden una composición de valor nutriente para las plantas mejorado.

Reciclado de lodos de aguas residuales con un reactor tubular en cruz

Sector técnico: La presente invención se refiere en general a un método de tratamiento de material orgánico para crear un fertilizante. Más específicamente, la presente invención se refiere al tratamiento de material orgánico, tal como lodos de aguas residuales, con un ácido y una base en un reactor tubular en cruz.

Antecedentes de la técnica: La eliminación de los lodos de aguas residuales es un problema. Entre los métodos actuales de eliminación de lodos de aguas residuales se incluyen la incineración, el vertido directo terrestre o marino, calentamiento y secado de los lodos para la esterilización y posterior vertido terrestre, depósito en un vertedero, o granulado con un granulador rotatorio estándar, con calentamiento y secado proporcionados por fuentes de calor exógenas (por ejemplo, mediante la combustión de combustible comprado) . Aunque algunos de estos métodos dan como resultado lo que se denomina un "fertilizante", este fertilizante es de análisis relativamente bajo con respecto a su "valor nutriente para las plantas".

Los métodos de expresión de un "valor nutriente para las plantas" de un fertilizante implican la identificación del valor "NPK" del fertilizante, en el que N se refiere a la cantidad de nitrógeno, P se refiere a la cantidad de fósforo (expresado como P2O5) y K se refiere a la cantidad de potasio (expresado como K2O) . De este modo, tal como se ha descrito por Wilson en la patente de EE.UU. No. 3.050.383 (21 de agosto de 1962) , lodos de aguas residuales con un valor 2, 5-2, 5-0 contienen un dos y medio por ciento de nitrógeno, un dos y medio por ciento de fósforo tal como P2O5, y cero por ciento de potasio tal como K2O. Salvo que se indique lo contrario por su utilización, todos los valores porcentuales utilizados en la presente memoria descriptiva son porcentajes basados en peso (es decir, p/p) .

Afortunadamente, existen métodos para mejorar el valor nutriente de los residuos orgánicos con valores de análisis relativamente bajos. Por ejemplo, en la patente de Wilson mencionada anteriormente (la totalidad del contenido de la cual se incorpora por esta referencia) , se describe un método para el tratamiento de estiércol animal seco y lodos de aguas residuales con cantidades controladas de un ácido, tal como ácido sulfúrico, ácido fosfórico (o un compuesto equivalente de fósforo, cuya concentración se expresa como ácido fosfórico) , o mezclas de los mismos, y una solución amoniacal acuosa, tal como amoníaco acuoso o soluciones de sales que contienen nitrógeno amoniacal y procesamiento de la masa de reacción resultante para formar gránulos de fertilizante que tienen un valor nutriente para las plantas "aumentado" o "mejorado".

El documento EP 770586 da a conocer un proceso de tratamiento de material residual orgánico con valores de análisis bajos, en el que una suspensión que contiene el material fluye desde un contenedor a un reactor tubular. En el camino hacia el reactor tubular, la suspensión se mezcla con ácido. En el reactor tubular se añade una base a la mezcla de la suspensión y el ácido. La mezcla resultante reacciona en el reactor tubular para generar una temperatura elevada de, típicamente, 200 grados centígrados. La reacción produce vapor de agua, lo que fuerza la salida del material del reactor hacia una cámara de separación, en la que los productos de reacción se separan en una fase gaseosa que comprende principalmente vapor de agua y una fase fluida que contienen los productos de reacción remanentes. Desde la cámara de separación, los productos de reacción remanentes se alimentan a un granulador separado. En el documento EP 770586 las fases gaseosa y fluida no se separan una de la otra antes de la etapa de granulación. El documento EP 770586 requiere tuberías adicionales, mezcladores y el movimiento de material para lograr la granulación. Tiene que utilizarse una mezcla a una temperatura elevada (entre 150° y 240° centígrados, por lo general, 200°) en el reactor pa ra asegurar que una gran parte del agua se evapora ya en el reactor.

El reactor del documento EP 770586 tiene sólo una entrada transversal al eje principal del reactor tubular y no tiene entradas opuestas entre sí. Esto limita las posibilidades de mezcla de los reactivos y con frecuencia requiere de una etapa de premezclado. El ácido se añade a la suspensión antes de la mezcla de la suspensión e introduce el ácido en el reactor a lo largo del eje principal. El reactor tubular requiere del premezclado de los dos ácidos. Los ejemplos del documento EP 770586 dan a conocer únicamente la adición de un único ácido. Se utiliza una cámara de separación.

La patente de EE.UU. No. 4.134.750 da a conocer un proceso para la producción de fertilizantes a partir de los ácidos fosfórico y sulfúrico, amoníaco anhidro y urea. Se da a conocer un reactor tubular en cruz único, especialmente diseñado con el fin de producir una masa fundida o suspensión homogénea de bajo contenido de humedad a partir de los reactivos y, de este modo, elimina la necesidad de un neutralizador previo. Además, debido al bajo contenido de humedad de la masa fundida o suspensión, el reactor tubular en cruz elimina la necesidad de un secador.

Se han descrito además otros métodos para mejorar el valor nutriente para las plantas de material residual orgánico con valores de análisis relativamente bajos con ácidos, bases o mezclas de los mismos. Véanse, por ejemplo, la patente de EE.UU. No. 4.743.287 (10 de mayo de 1988) de Robinson, publicación defensiva de EE.UU. T955.002 (1 de febrero, 1977) de Norton y otros, patente de EE.UU. No. 5.466.273 (14 de noviembre, 1995) , de Connell, patente de EE.UU. No. 5.125.951 (30 de junio, 1992) de Lahoda y otros, patente de EE.UU. No. 5.118.337 (2 de junio,

1992) , patente de EE.UU. No. 5.393.317 (28 de febrero, 1995) de Robinson y la patente de EE.UU. No. 5.422.015 (6 de junio, 1995) de Angell y otros.

Un inconveniente adicional de los lodos tratados de maneras convencionales (por ejemplo, mediante secado y tamizado) es que generalmente tienen un tamaño y forma insuficientes para dispersarse por los aspersores agrícolas de fertilizante utilizados de forma común y no se pueden utilizar en los aspersores neumáticos más recientes.

Sería una mejora de la técnica si existiera un proceso relativamente simple para el procesamiento de materiales residuales orgánicos con valores de análisis relativamente bajos a una composición de valor nutriente para las plantas mejorado, especialmente si dicho proceso genera un producto que es capaz de dispersarse mediante aspersores comercialmente disponibles en la actualidad.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

La presente invención incluye un proceso mejorado para aumentar el valor nutriente para las plantas de material residual con valores de análisis relativamente bajos, tal como lodos de aguas residuales. La mejora comprende tratar exotérmicamente el material residual orgánico con valores de análisis relativamente bajos con un ácido y una base en un reactor tubular en cruz.

Más particularmente, el proceso mejorado implica mezclar el material residual orgánico con valores de análisis relativamente bajos con agua para formar una suspensión (o tener el material residual como una suspensión acuosa) ; bombear la suspensión a un reactor tubular en cruz para la reacción con una base, ácido y agua para formar una masa fundida; pulverizar la masa fundida sobre un lecho de reciclaje de finos y evaporar súbitamente el agua contenida en la masa fundida en forma de vapor. La masa fundida a continuación es laminada sobre un sustrato tal como partículas finas recicladas en un granulador para formar partículas granuladas, haciendo que las partículas granuladas crezcan en tamaño (por ejemplo, para formar gránulos) . A continuación, estas partículas granuladas se secan (por ejemplo, con un secador rotatorio) para reducir su contenido de humedad y formar una composición valor nutriente para las plantas mejorado (por ejemplo, un fertilizante o acondicionador de suelo que tiene un valor de NPK mayor que el material residual orgánico original con valores de análisis relativamente bajos) .

Generalmente, el proceso incluirá además hacer pasar las partículas granuladas secas a un aparato de separación y separar el material granulado seco en finos, producto y material de tamaño excesivo, e incluye además el moler el material de tamaño excesivo y la devolución de los finos y el material de tamaño excesivo hacia... [Seguir leyendo]

1. Proceso para preparar una composición de valor nutriente para las plantas mejorado a partir de un material 5 residual orgánico con valores de análisis bajos, que comprende:

bombear una forma de suspensión del material residual orgánico con valores de análisis bajos a través de un reactor tubular que comprende dos tubos en cruz (26, 28) para la reacción con una base, ácido y agua para formar una masa fundida a alta temperatura;

pulverizar la masa fundida del reactor tubular (26, 28) sobre un lecho de reciclaje de finos en un granulador (14) , y evaporar súbitamente el agua contenida en la masa fundida en forma de vapor en el granulador (14) ; laminar la masa fundida en partículas en el granulador (14) para formar partículas granuladas; y secar las partículas granuladas para reducir el contenido de humedad de las mismas para formar partículas granuladas secas que comprenden una composición de valor nutriente para las plantas mejorado.

2. Proceso, según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor tubular (26, 28) está situado dentro del granulador (14) .

3. Proceso, según la reivindicación 2, en el que el granulador (14) es un cilindro giratorio. 20

4. Proceso, según la reivindicación 1, en el que se introducen dos ácidos a través de los dos tubos en cruz (26, 28) .

5. Proceso, según la reivindicación 4, en el que los dos ácidos son ácido sulfúrico y ácido fosfórico.

6. Proceso, según en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura se mantiene a menos de 149 grados centígrados.

7. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la adición de agua al material residual con valores de análisis bajos para formar una suspensión antes del bombeo. 30

8. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende hacer pasar las partículas granuladas secas a un aparato de separación y separar dicho material granulado seco en finos, producto y materiales de tamaño excesivo.

9. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la devolución de los finos al granulador como partículas finas para formar un sustrato para las partículas granuladas.

10. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el granulador comprende un aspersor de amoníaco para la adición de amoníaco a la masa fundida. 40

11. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los humos procedentes del granulador que contienen vapor, amoníaco y materia en partículas se recogen manteniendo una diferencia de presión negativa dentro del granulador arrastrando los vapores a través de un lavador venturi que tiene un estrechamiento venturi con agua de pH bajo, tal como agua del lavado pulverizada en el estrechamiento del venturi.

12. Proceso, según la reivindicación 11, en el que el pH del agua del lavador se mantiene bajo mediante la incorporación en el agua del lavador de ácido residual procedente de un proceso de galvanización por inmersión en caliente.

50 13. Proceso, según la reivindicación 11, en el que el pH del agua del lavador se mantiene bajo mediante la incorporación en el agua del lavador de ácido residual procedente de un proceso de decapado de acero.

14. Proceso, según la reivindicación 1, en el que se utiliza un secador rotatorio para secar las partículas granuladas.

55 15. Proceso, según la reivindicación 14, en el que el secador rotatorio tiene una trituradora de terrones asociada con el mismo.

16. Proceso, según la reivindicación 8, en el que los materiales que salen del secador rotatorio se hacen pasar a través de la trituradora de terrones para reducir el material de tamaño excesivo un tamaño menor de 2, 54 60 centímetros (una (1) pulgada) .

17. Proceso, según la reivindicación 1, en el que el material residual orgánico con valores de análisis relativamente bajos se selecciona del grupo que comprende lodos de aguas residuales, estiércol de aves de corral, residuos de procesamiento de alimentos, residuos de fabricación de papel, lodos de estiércol porcino, y mezclas de los mismos.

65 18. Dispositivo para la preparación de un fertilizante de valor nutriente para las plantas mejorado a partir de un material residual con valores de análisis bajos, que comprende:

una bomba para el bombeo de una forma de suspensión del material residual con valores de análisis bajos;

un reactor tubular (26, 28) para recibir la suspensión de un material residual con valores de análisis bajos, que comprende, como mínimo, dos tubos transversales (26, 28) , teniendo el reactor tubular un diámetro y longitud característicos para acomodar una reacción exotérmica entre la suspensión de material residual con valores de análisis bajos y una base, ácido y agua para formar una masa fundida a alta temperatura que tiene un valor nutriente para las plantas mejorado, y un granulador (14) para la aceptación de la masa fundida, en el que el reactor tubular (26, 28) alimenta la masa fundida en el granulador.

19. Dispositivo, según la reivindicación 18, en el que el reactor tubular (26, 28) está situado dentro del granulador.

20. Dispositivo, según las reivindicaciones 18 ó 19, en el que el granulador (14) es un tambor giratorio.

21. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, en el que el reactor tubular (26, 28) tiene una longitud para mezclar la suspensión con el material de, como mínimo, una tubería de la cruz de, como mínimo, 51 centímetros.

22. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, en el que el reactor tubular (26, 28) tiene un diámetro de, aproximadamente, 7, 6 centímetros a 25, 4 centímetros, una longitud de, aproximadamente, 2, 1 metros a 15, 4 metros y termina dentro del granulador en una tubería de descarga de 5 centímetros a 20 centímetros o ranura de área de sección transversal equivalente.

23. Dispositivo, según cualquiera las reivindicaciones 18 a 22, en el que la tubería de descarga contiene un inserto de acero inoxidable o revestimiento de TeflonTM.