Método y dispositivo para el tratamiento del efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos.

Un método de tratamiento de un efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos,

que comprende lasetapas de recibir el efluente gaseoso en un puerto de entrada de una cámara cilíndrica recubierta con materialrefractario; calentar dicha cámara ionizando un gas de trabajo usando una antorcha de plasma (18) alimentada porcorriente continua cercana al puerto de entrada en dicha cámara, incluyendo dicho gas de trabajo una mezcla dedióxido de carbono y oxígeno, convirtiendo de este modo dicho efluente gaseoso en un gas de salida; y evacuar elgas de salida de dicha cámara, caracterizado porque la etapa de ionizar el gas de trabajo incluye la etapa de ionizarun gas de trabajo sin nitrógeno

Método y dispositivo para el tratamiento del efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos Campo de la invención Esta invención se refiere al tratamiento del efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos industriales o gaseosos.

Antecedentes de la invención Los residuos peligrosos afectan a la salud humana debido a su toxicidad, capacidad de deflagración, corrosividad, reactividad e infección, además de ser una fuente importante de contaminación. Los residuos peligrosos han sido eliminados generalmente en vertederos, por incineración y reciclado. Sin embargo, como los incidentes por eliminación inadecuada de residuos, tales como emisiones de sustancias tóxicas en vertederos y plantas de incineración (por ejemplo, dioxinas de la incineración y lixiviados tóxicos de vertederos) comienzan a producir problemas ecológicos y de salud importantes, la sensibilización pública ha llevado a un aumento de la legislación y a políticas de protección medioambiental más restrictivas. Estas políticas han conducido a la búsqueda de otras alternativas de eliminación más eficaces, fiables y rentables.

Se han propuesto varios métodos basados en el arco de plasma para destruir los residuos orgánicos e inorgánicos en todas las formas, para convertir los residuos peligrosos en un gas sintético combustible para la generación de electricidad y para vitrificar los materiales no combustibles formando un vidrio estable que pueda ser eliminado de forma segura. Sin embargo, estos métodos se consideran ineficaces y tienen costes de operación y de capital muy elevados.

En general, se han propuesto dos tecnologías de arco de plasma, los sistemas de antorcha de plasma (en modo transferido y no transferido) y de arco de plasma con electrodo de grafito (corriente alterna o corriente continua) , para generar el arco de plasma para la destrucción de los residuos peligrosos o para los procedimientos de conversión.

Los sistemas que emplean la antorcha de plasma no son generalmente tan eficaces energéticamente como los que usan electrodos de grafito debido a la mayor pérdida de energía del agua de refrigeración de la antorcha de plasma. La eficiencia de la antorcha de plasma es generalmente menor de 70%, especialmente cuando la antorcha de plasma metálico se sitúa y se opera dentro de un reactor/vasija caliente. Por lo tanto, las antorchas de plasma solo son eficaces para el calentamiento de gas y en el procesamiento o fabricación de materiales especiales, y no son prácticas ni económicas para la fusión de materiales. Además, cuando se usa aire como gas para obtener el plasma, se producen óxidos de nitrógeno (NOx) y cianuro de hidrógeno (HCN) debido a las reacciones del nitrógeno y los hidrocarburos en la vasija/reactor a altas temperaturas. Además, el vapor de agua generado en la vasija se condensará sobre la superficie de la capa metálica de la antorcha de plasma. Consecuentemente, se depositará negro de carbón/hollín junto con los materiales tóxicos no disociados y se acumulará sobre la capa de metal húmedo fría lo que producirá la destrucción incompleta de los residuos peligrosos. Cuando la antorcha de plasma se retira de la vasija para el mantenimiento, los trabajadores estarán expuestos, por lo tanto, a los materiales tóxicos.

La vida media de los electrodos y la estabilidad (rendimiento) del arco de plasma generado por las antorchas de plasma también dependen de la atmósfera dentro de la vasija/reactor. Por lo tanto, la operación de los sistemas de antorcha de plasma es más complicada que la de los sistemas de arco de plasma con electrodo de grafito. Las antorchas de plasma metálico precisan de agua de refrigeración a alta presión para enfriar los componentes internos. La química y la conductividad eléctrica del agua de refrigeración deben ser controladas y ajustadas con el fin de evitar la corrosión química y las deposiciones minerales dentro de la antorcha. Estos requisitos hacen necesario un equipo auxiliar caro que aumenta los costes de capital y de operación.

Otros sistemas emplean tecnologías de arco de plasma eléctrico con electrodo de grafito. Estos sistemas pueden producir bien una oxidación importante de los electrodos de grafito o bien la excesiva formación de partículas finas de negro de carbón/hollín en la corriente de subproducto gaseoso. Se ha desarrollado un sistema con electrodos de grafito de corriente alterna y de corriente alterna combinados para proporcionar simultáneamente la generación de un arco eléctrico y el calentamiento por resistencia por efecto Joule. Otras tecnologías emplean un sistema de electrodos concéntricos y un electrodo superior único de grafito de corriente continua con el fondo conductor para la fusión y gasificación. Sin embargo, la conductividad eléctrica del electrodo inferior se debe mantenerse en todo momento en el sistema del electrodo superior único de grafito de corriente continua, especialmente cuando el electrodo inferior de la vasija/reactor está cubierto por una capa de escoria que no es eléctricamente conductora a bajas temperaturas.

Se ha encontrado que la cinética de la formación del negro de carbón es muy elevada durante el craqueo de hidrocarburos en condiciones levemente reductoras. Por lo tanto, el negro de carbón/hollín se produce siempre en el procedimiento reductor de gasificación por arco de plasma y debe eliminarse antes del sistema de control de la contaminación del aire posterior. Aumentar el tiempo de residencia de los subproductos dentro de la vasija/reactor o aumentar la temperatura de operación ayuda a eliminar el negro de carbón. Sin embargo, para aumentar el tiempo

de residencia es necesario usar de un dispositivo más grande o reducir el caudal de residuos alimentado. Consecuentemente, se han propuesto algunos sistemas que incluyen una cámara de post-combustión o un dispositivo de oxidación térmico para aumentar la cinética de la reacción mediante el medio turbulento como un procedimiento secundario de tratamiento de gas para asegurar una combustión completa. Sin embargo, en estos métodos se usan aire y combustible para generar el elevado calor para el procedimiento de oxidación. Consecuentemente, en estos sistemas se puede producir una corriente secundaria de residuos, tal como óxidos de nitrógeno, en dicha atmósfera oxidante.

Sería ventajoso tener un sistema y un método para el tratamiento del efluente gaseoso de los sistemas de tratamiento de residuos que aborde, al menos en parte, estas deficiencias.

Los documentos US-A-44438706 y WO 02/068114 A1 describen conceptos para el tratamiento de residuos. Según un aspecto de la invención, se proporciona un método para el tratamiento de un efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos que comprende las etapas de recibir el efluente gaseoso en un puerto de entrada de una cámara cilíndrica recubierta con material refractario, calentar la cámara ionizando un gas de trabajo usando una antorcha de plasma alimentada por corriente continua cercana al puerto de entrada en la cámara, incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno, convirtiendo de este modo el efluente gaseoso en un gas de salida, y evacuar el gas de salida de la cámara, con lo que la etapa de ionizar el gas de trabajo incluye la etapa de ionizar un gas de trabajo sin nitrógeno.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo para el tratamiento de un efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos que comprende una cámara cilíndrica revestida interiormente de material refractario que tiene un puerto de entrada para recibir un efluente gaseoso y un puerto de salida, una antorcha de plasma alimentada por corriente continua próxima al puerto de entrada en dicha cámara y un suministro de gas de trabajo, incluyendo dicho gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno, estando dicha antorcha configurada para recibir dicho gas de trabajo para calentar dicha cámara de forma que el efluente gaseoso se convierte en un gas de salida, que es expulsado a través de dicho puerto de salida, en el que el suministro de gas de trabajo comprende un mezclador dinámico que proporciona un gas de trabajo sin nitrógeno y acoplado a dicha antorcha de plasma, recibiendo dicho mezclador dinámico un suministro de oxígeno gaseoso y un suministro de dióxido de carbono gaseoso y mezclando dichos suministros de gas, en el que dicha cámara está dispuesta horizontalmente y en el que dicha cámara incluye un extremo anterior y un extremo posterior y una pared lateral intermedia y en el que dicha antorcha de plasma penetra dicho extremo anterior, dicho puerto de entrada incluye una tubería de entrada y dicha tubería de entrada penetra dicha pared lateral tangencialmente y próxima... [Seguir leyendo]

1. Un método de tratamiento de un efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos, que comprende las etapas de recibir el efluente gaseoso en un puerto de entrada de una cámara cilíndrica recubierta con material refractario; calentar dicha cámara ionizando un gas de trabajo usando una antorcha de plasma (18) alimentada por corriente continua cercana al puerto de entrada en dicha cámara, incluyendo dicho gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno, convirtiendo de este modo dicho efluente gaseoso en un gas de salida; y evacuar el gas de salida de dicha cámara, caracterizado porque la etapa de ionizar el gas de trabajo incluye la etapa de ionizar un gas de trabajo sin nitrógeno.

2. El método según la reivindicación 1, en el que dicha mezcla de dióxido de carbono y oxígeno incluye entre 15% y 25% de oxígeno en volumen.

3. El método según las reivindicaciones 1 ó 2, que incluye además una etapa de inyectar oxígeno atomizado y vapor de agua atomizado en dicha cámara.

4. El método según la reivindicación 3, que incluye además las etapas de analizar el contenido de dicho gas de salida y controlar dicha inyección de oxígeno y de vapor de agua en función de dicha etapa de análisis.

5. El método según la reivindicación 4, que incluye además una etapa de mezclar un suministro de oxígeno gaseoso y un suministro de dióxido de carbono gaseoso para crear dicho gas de trabajo en un mezclador dinámico.

6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha etapa de ionización se realiza en una zona de plasma a una temperatura de operación mayor que 5.000ºC.

7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que incluye además una etapa de medir una temperatura en dicha cámara, en la que dicha temperatura se mantiene a más de 1.300ºC.

8. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho gas de trabajo consiste en dióxido de carbono y oxígeno.

9. Un dispositivo para el tratamiento de un efluente gaseoso de un sistema de tratamiento de residuos, que comprende:

una cámara cilíndrica revestida interiormente de material refractario que tiene un puerto de entrada para recibir el efluente gaseoso y un puerto de salida; una antorcha de plasma (18) alimentada por corriente continua próxima al puerto de entrada en dicha cámara y un suministro de gas de trabajo, incluyendo dicho gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno; estando dicha antorcha de plasma (18) configurada para recibir dicho gas de trabajo para calentar dicha cámara de forma que el efluente gaseoso se convierte en un gas de salida, que es expulsado a través de dicho puerto de salida, caracterizado porque el suministro de gas de trabajo comprende un mezclador dinámico (5) que proporciona un gas de trabajo sin nitrógeno y acoplado a dicha antorcha de plasma (18) , recibiendo dicho mezclador dinámico (5) un suministro de oxígeno gaseoso y un suministro de dióxido de carbono gaseoso y mezclando dichos suministros de gas, en el que dicha cámara está dispuesta horizontalmente y en el que dicha cámara incluye un extremo anterior, un extremo posterior y una pared lateral intermedia, y en el que dicha antorcha de plasma (18) penetra dicho extremo anterior, dicho puerto de entrada incluye una tubería de entrada (26) y dicha tubería de entrada (26) penetra dicha pared lateral tangencialmente y próxima a dicho extremo anterior.

10. El dispositivo según la reivindicación 9, en el que dicha mezcla de dióxido de carbono y oxígeno incluye entre 15% y 25% de oxígeno en volumen.

11. El dispositivo según las reivindicaciones 9 ó 10, que incluye además un inyector de oxígeno (30) en comunicación con dicha cámara para inyectar oxígeno atomizado y un inyector de vapor de agua (31) en comunicación con dicha cámara para inyectar vapor de agua atomizado.

12. El dispositivo según la reivindicación 11, en el que dicho inyector de oxígeno y dicho inyector de vapor de agua (31) incluyen boquillas de atomización resistentes al calor en comunicación fluida con dicha cámara.

13. El dispositivo según la reivindicación 11, que incluye además un sensor acoplado con dicho puerto de salida para analizar el contenido de dicho gas de salida, y un controlador del procedimiento (6) acoplado a dicho sensor para recibir los datos de dicho sensor y acoplado con dichos inyectores (30, 31) para controlar la inyección de oxígeno y de vapor de agua.

14. El dispositivo según la reivindicación 13, en el que dicho mezclador mezcla dichos suministros de gas en respuesta a las señales de control de dicho controlador del procedimiento (6) .

15. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que dicha antorcha de plasma (18) incluye una zona de plasma que opera a una temperatura mayor que 5.000ºC. 7

16. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, que incluye además sensores de temperatura en dicha cámara y en el que la temperatura dentro de dicha cámara se mantiene por encima de 1.300ºC.

17. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 16, en el que dicho gas de trabajo consiste en dióxido de carbono y oxígeno.

18. Un sistema de tratamiento de residuos para tratar residuos peligrosos, que comprende una etapa primaria de tratamiento de residuos, recibiendo dicha etapa primaria de tratamiento de residuos el residuo peligroso y produciendo un efluente gaseoso como subproducto; una etapa secundaria de tratamiento de residuos acoplada a dicha etapa primaria de tratamiento de residuos y que recibe dicho efluente gaseoso, incluyendo dicha etapa secundaria de tratamiento de residuos: una cámara cilíndrica revestida interiormente de material refractario que tiene un puerto de entrada para recibir tangencialmente dicho efluente gaseoso y un puerto de salida; una antorcha de plasma (18) alimentada por corriente continua próxima al puerto de entrada en dicha cámara, y un suministro de un gas de trabajo, incluyendo dicho gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y de oxígeno; estando configurada dicha antorcha de plasma (18) para recibir dicho gas de trabajo para calentar dicha cámara de forma que dicho efluente gaseoso se convierta en un gas de salida que es expulsado a través de dicho puerto de salida, caracterizado porque el suministro de gas de trabajo comprende un mezclador dinámico (5) que proporciona un gas de trabajo sin nitrógeno y acoplado a dicha antorcha de plasma (18) , recibiendo dicho mezclador dinámico (5) un suministro de oxígeno gaseoso y un suministro de dióxido de carbono gaseoso y mezclando dichos suministros de gas, en el que dicha cámara está dispuesta horizontalmente y en el que dicha cámara incluye un extremo anterior, un extremo posterior y una pared lateral intermedia, y en el que dicha antorcha de plasma (18) penetra dicho extremo anterior, dicho puerto de entrada incluye una tubería de entrada (26) y dicha tubería de entrada (26) penetra dicha pared lateral tangencialmente y próxima a dicho extremo anterior.

19. El sistema de tratamiento de residuos según la reivindicación 18, en el que dicha mezcla de dióxido de carbono y de oxígeno incluye entre 15% y 25% de oxígeno en volumen.

20. El sistema de tratamiento de residuos según las reivindicaciones 18 ó 19, en el que dicha etapa primaria de tratamiento de residuos incluye una cámara de gasificación/vitrificación (22) y un sistema de cinta transportadora (20) acoplado a dicha cámara de gasificación/vitrificación (22) a través de una puerta (21) estanca a los gases, alimentando dicho sistema de cinta transportadora (20) residuos peligrosos sólidos en dicha cámara de gasificación/vitrificación (22) .

21. El sistema de tratamiento de residuos según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, en el que dicho sistema primario de tratamiento de residuos incluye una cámara de gasificación/vitrificación (22) y una tubería de entrada acoplada a dicha cámara de gasificación/vitrificación, alimentando dicha tubería de entrada residuos peligrosos líquidos o gaseosos en dicha cámara de gasificación/vitrificación (22) .

22. El sistema de tratamiento de residuos según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, en el que dicha etapa primaria de tratamiento de residuos incluye un gasificador/horno de fusión (4) por arco de plasma con electrodo de grafito.

23. El sistema de tratamiento de residuos según la reivindicación 22, en el que dicho gasificador/horno de fusión (4) por arco de plasma con electrodo de grafito incluye un par de electrodos de grafito separados, sujeto cada uno de ellos por una abrazadera de electrodo (16, 17) unida a un brazo portaelectrodos (15) móvil, donde dichos brazos portaelectrodos (15) se pueden operar para ajustar la distancia relativa entre dicho par de electrodos de grafito separados o entre dichos electrodos y un material fundido dentro de dicho gasificador/horno de fusión (4) por arco de plasma con electrodos de grafito, ajustando de esta forma la longitud del arco.

24. El sistema de tratamiento de residuos según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, en el que dicho gas de trabajo consiste en dióxido de carbono y oxígeno.