Proceso para elaborar una fusión de minerales.

Un método de elaborar fibras minerales, que comprende:

proporcionar una cámara de combustión circulante (1) que comprende una zona superior 5 (2),

una zona inferior (3) yuna zona de base (4),

inyectar combustible particulado, material mineral particulado y gas de combustión principal dentro de la zonasuperior (2) de la cámara de combustión circulante (1) tal que el combustible sufre pirólisis en la zona superior (2)para producir hollín, fundiendo de este modo los materiales minerales particulados para formar una fusión deminerales y generando gases de escape,

inyectar gas de combustión secundario dentro de la zona inferior (3) de la cámara de combustión circulante (1) talque hollín se quema, completando por ello la combustión del combustible, y

separar la fusión de minerales de los gases de escape calientes de tal forma que los gases de escape calientespasan a través de una salida (8) en la cámara de combustión circulante (1) y la fusión de minerales (7) se recoge enla zona de base (4) y hacer fluir la fusión de minerales recogida (7) a través de una salida (11) en la zona de base(4) hacia el aparato centrífugo de formación de fibras (12) y formar fibras.

Proceso para elaborar una fusión de minerales.

Antecedentes para la invención Esta invención se refiere a la producción de una fusión de minerales quemando material combustible en presencia de material particulado inorgánico y formando de este modo una fusión. La fusión se dispone después en fibras para formar fibras minerales.

Tradicionalmente, la forma normal para producir una fusión para fibras de desecho, piedra o roca ha sido por medio de un horno de cuba en el que una pila autoportante de material particulado inorgánico se calienta por material de combustión en el horno. La pila se funde gradualmente y se reabastece a partir de la parte de arriba, con drenaje de la piel y salida del fondo del horno. El horno normal para este propósito es un horno de cúpula.

Es necesario para la pila ser autoportante y permeable a los gases de combustión, que se generan generalmente por combustión del material carbonoso en la pila. Es por lo tanto necesario que todo en la pila sea relativamente grueso (con el fin de que la pila sea permeable) y que tenga resistencia física alta y que no colapse hasta que la combustión o la fusión esté bien avanzada. En la práctica esto quiere decir que el material carbonoso es coque y el material particulado es bien roca pretriturada, bien piedra pretriturada o bien escoria pretriturada o está en forma de briquetas formadas a partir de material fino.

De acuerdo con ello, si el material que está disponible está solamente disponible en forma finamente dividida, es necesario incurrir en el gasto e incomodidad de darle forma en briquetas. La formación de briquetas usa usualmente material que contiene azufre como aglutinante, tal como cemento de Portland con yeso y esto significa que el efluente es propenso a tener un alto contenido de azufre, que tiene que tratarse.

El sistema de horno de cúpula u otro sistema de horno de pila tiene también la desventaja de que las condiciones en el horno siempre tienden a ser lo suficientemente reductoras para que algo del hierro se reduzca a hierro metálico. Esto necesita separar hierro metálico de la fusión, reduce la producción de lana, conduce a la provisión de desecho de hierro y también tiende a incurrir en el riesgo de corrosión en la zona que contiene hierro y escoria.

Otra desventaja es que el proceso no tiene eficacia térmica alta.

A pesar de estas desventajas, el proceso que usa una cúpula u otro horno de cuba se ha adaptado ampliamente por todo el mundo para la elaboración de fibras de roca, de piedra o de escoria.

Un sistema alternativo y enteramente diferente para la producción de una fusión de minerales que evita o reduce las desventajas del sistema de cúpula se revela en la publicación anterior de los autores de la presente invención documento WO 03/002469. Este sistema implica suspender carbón en polvo, u otro combustible, en aire de combustión precalentada y quemar el combustible suspendido en presencia de material mineral particulado suspendido en una cámara de combustión circulante, es decir, una cámara de combustión en la que los materiales particulados suspendidos y el aire circulan en un sistema que es o se aproxima a un sistema de circulación de ciclón. Esto se refiere comúnmente como un horno ciclónico.

La suspensión de carbón en aire precalentado y el material mineral particulado, se introducen a través de la parte superior o cerca de la parte superior de la cámara de combustión. Dentro de la cámara de combustión, tiene lugar la combustión del carbón particulado y el material particulado se convierte en fusión. La fusión y el material particulado que aún no se ha fundido se lanzan sobre las paredes de la cámara por los gases circulantes y fluirán hacia abajo en la cámara.

En el documento WO 03/002469, la cámara de combustión conduce hacia abajo dentro de una cubeta de decantación grande que tiene un volumen potenciado considerablemente. Puede haber un quemador de gas u otro medio para proporcionar energía extra al tanque de asentamiento para alcanzar las temperaturas de los gases de escape. El quemador está situado hacia la parte de arriba de la cubeta de decantación. Los gases de escape que están libres de fusión se toman a partir de la cubeta de decantación o de la cámara de combustión arriba a través de un conducto en la parte de arriba de la cámara.

Con el fin de incrementar la eficiencia de energía del horno ciclónico en el documento WO 03/002469, los gases de escape, que dejan la cámara de circulación a una temperatura en el intervalo de 1400 a 1700 ºC se usan para precalentar el material particulado para usar en vez de desperdiciar esta energía calorífica. Esta etapa puede llevarse a cabo en condiciones que reducen óxidos de nitrógeno (NOx) lo que reduce los eventos ambientales de los gases de escape. Los gases de escape se hacen pasar después a través de otro intercambiador de calor por el que hay intercambio de calor indirecto con el aire de combustión.

El horno ciclónico tiene ventajas significativas en comparación con los hornos de cúpula u otros hornos de pila. Con respecto al combustible, él evita la necesidad de formar briquetas a partir de partículas finas y se puede usar un amplio rango de combustibles, por ejemplo, plástico. Usar un horno ciclónico de fusión elimina el riesgo de reducción de las menas a hierro y libera gases de escape que son ambientalmente aceptables. La flexibilidad en capacidad de fusión es mucho mejor que con un horno de cúpula significando que la producción puede cambiarse fácil y rápidamente, desde, por ejemplo, el 40 % hasta el 100 % de la capacidad total de tal forma que el tiempo tomado en responder a demandas cambiantes se reduce grandemente. Además, la fusión en un horno ciclónico es mucho más rápida de lo que es el caso para un horno de cúpula y es del orden de minutos, más que del orden de horas.

Así, usar un sistema de horno ciclónico de fusión es deseable económicamente y ambientalmente y el sistema descrito en el documento WO 03/002469 trabaja bien. Hay, sin embargo, campo para una mejoría en el proceso.

En particular, aunque varias etapas se toman para reciclar la gran cantidad de energía usada en producir la fusión, hay inevitablemente una gran cantidad de energía que se pierde debido al gran volumen de la cubeta de decantación y el volumen alto de aire de combustión que se usa. Es deseable incrementar la eficiencia de energía del sistema adicional.

El documento WO 03/002469 sugiere una segunda realización mostrada en la figura 2 en la que la cubeta de decantación se reemplaza por una zona de recogida relativamente corta en la base de la cámara de combustión. Tales sistemas conducirían a eficiencia energética incrementada debida al volumen reducido del aparato a través del que se pierde la energía. Sin embargo, los autores de la invención han encontrado que en este sistema la calidad de fusión se reduce.

En procesos para elaborar fibras minerales, tales como aquel del documento WO 03/002469, la pureza de la fusión es extremadamente importante y tiene un efecto directo sobre la calidad de las fibras minerales producidas.

El documento US 4.365.984 se refiere también a producir lana mineral usando un horno ciclónico de fusión e implica suministrar un material de desecho particulado que contiene componentes no combustibles inorgánicos y componentes combustibles orgánicos en aire de combustión. Como en el documento WO 03/002469, el sistema incluye una zona de recogida grande. Los gases de escape se enfrían en un intercambiador de calor y el calor residual se dice que es adecuado para secar carbón u otros residuos o se puede usar en otros procesos o para propósitos de calentamiento. El combustible es carbón que se pulveriza. Se dice que las partículas de combustible gruesas no se queman completamente y así llegan a estar atrapadas en la escoria fundida.

El documento US 4.544.394 se refiere a un método de fundir vidrio en un reactor de vórtice. El proceso está diseñado para usar combustibles líquidos o gaseosos. Los combustibles sufren combustión preliminar en un precalentador de gas o de suspensión cocida de aceite antes de introducción dentro del vórtice donde se queman adicionalmente.

El documento US 6.047.566 se refiere a un método para fundir materiales de silicatos reciclados. Debido a la necesidad de oxidar materiales orgánicos que están presentes como impurezas en los materiales de silicatos reciclados, se necesita un tiempo de permanencia largo dentro de la cámara de combustión. En este documento se proporcionan un pre-quemador para combustión del combustible y aire de combustión externamente a la cámara de combustión.

El documento US 4.957.527 se refiere... [Seguir leyendo]

1. Un método de elaborar fibras minerales, que comprende:

proporcionar una cámara de combustión circulante (1) que comprende una zona superior (2) , una zona inferior (3) y una zona de base (4) ,

inyectar combustible particulado, material mineral particulado y gas de combustión principal dentro de la zona superior (2) de la cámara de combustión circulante (1) tal que el combustible sufre pirólisis en la zona superior (2) para producir hollín, fundiendo de este modo los materiales minerales particulados para formar una fusión de minerales y generando gases de escape,

inyectar gas de combustión secundario dentro de la zona inferior (3) de la cámara de combustión circulante (1) tal que hollín se quema, completando por ello la combustión del combustible, y

separar la fusión de minerales de los gases de escape calientes de tal forma que los gases de escape calientes pasan a través de una salida (8) en la cámara de combustión circulante (1) y la fusión de minerales (7) se recoge en la zona de base (4) y hacer fluir la fusión de minerales recogida (7) a través de una salida (11) en la zona de base (4) hacia el aparato centrífugo de formación de fibras (12) y formar fibras.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el gas de combustión principal es aire enriquecido en oxígeno que contiene oxígeno al menos al 25 % en volumen.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el gas de combustión secundario es aire que contiene oxígeno al menos al 25 % en volumen.

4. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el gas de combustión principal y/o el gas de combustión secundario es aire enriquecido en oxígeno que contiene oxígeno al menos al 30 %, preferentemente oxígeno al menos al 35 %, más preferentemente oxígeno al menos al 50 % en volumen.

5. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el gas de combustión principal y/o el gas de combustión secundario es aire enriquecido en oxígeno que contiene oxígeno al menos al 70 % en volumen.

6. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el gas de combustión principal y/o secundario es oxígeno puro.

7. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el gas de combustión secundario se inyecta en la zona inferior (3) a través de al menos dos, preferentemente al menos tres entradas (10) .

8. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el gas de combustión secundario es oxígeno puro y se añade líquido adicional o combustible gaseoso dentro de la zona inferior (3) tal como para formar una llama en la zona inferior (3) .

9. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que el combustible particulado es sólido, preferentemente carbón.

10. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que hay una salida (11) en la sección de base (4) a través de la que una corriente (13) de la fusión recogida fluye, en el que la salida (11) es un sifón.

11. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el aparato de formación de fibras es una taza giratoria.

12. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato centrífugo de formación de fibras es un hilador en cascada.