ES2290903T3 - Dispositivo y procedimiento de destruccion de residuos liquidos, pulverulentos o gaseosos por plasma inductivo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de destrucción térmica de al menos un producto orgánico u organohalogenado que se presenta en forma líquida, gaseosa o pulverulenta, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas: - mezcla: - de dicho al menos un producto orgánico con agua en cantidad suficiente para al menos satisfacer las relaciones estequiométricas entre los átomos de carbono y de oxígeno de la mezcla, o - de dicho al menos un producto organohalogenado con agua en cantidad suficiente para al menos satisfacer las relaciones estequiométricas entre los átomos de carbono y de oxígeno de la mezcla, por una parte, y entre los átomos de hidrógeno y de halógeno de la mezcla, por otra parte, - introducción de esta mezcla y de gases plasmágenos al nivel de la bobina (26) de una antorcha (6) de plasma inductiva para obtener unos gases en los que se ha inducido una descomposición en elementos atómicos, - una primera operación de destrucción térmica de dichos gases en los que se ha inducido una descomposición deelementos atómicos, desarrollándose esta primera operación de destrucción en un cámara (7) de reacción, - una segunda operación de destrucción térmica de los gases que han sufrido la primera operación de destrucción, desarrollándose esta segunda operación de destrucción en un dispositivo (8) de batimiento sin aporte de energía, siendo brasees con aire y/u oxígeno estos gases que sufren la segunda operación de destrucción térmica, - recombinación (10) por refrigeración de al menos una parte de los gases que provienen del dispositivo (8) de batimiento, - expulsión (20) de los gases destruidos.
Description
Dispositivo y procedimiento de destrucción de
residuos líquidos, pulverulentos o gaseosos por plasma
inductivo.
Esta invención se refiere a un dispositivo y a
un procedimiento de destrucción de productos químicos tóxicos o
peligrosos por plasma inductivo. Estos productos pueden encontrarse
en forma líquida, gaseosa o pulverulenta y pertenecen a la familia
de los compuestos orgánicos u organohalogenados.
Desde hace una decena de años se plantea de
forma crucial el problema del tratamiento de los residuos. En
efecto, en el pasado la mayoría de los residuos se disponían en un
"vertedero", generalmente no regulado. Pero en la actualidad,
los cambios de naturaleza y de cantidad de los residuos implican un
enfoque industrial del tratamiento de los residuos.
Numerosas tecnologías de tratamiento se ponen en
funcionamiento para tratar los residuos con el fin de proseguir en
la vía del desarrollo, pero sin dañar el medio ambiente. Estas
eficientes tecnologías de destrucción de residuos tienen en común
presentar a la vez un procedimiento de destrucción de los residuos,
unos tratamientos de los humos producidos durante esta destrucción
y una gestión de los residuos líquidos o sólidos eventuales
obtenidos.
Generalmente, se utilizan unos procedimientos
térmicos de destrucción de los residuos para superar el problema
planteado por la estabilidad de numerosos compuestos químicos. Así,
las instalaciones de destrucción de productos peligrosos son
tradicionalmente unos incineradores. Por ejemplo, los productos
líquidos son mezclados con unos productos sólidos con vistas a ser
quemados. Ahora bien, al incinerar los residuos, se obtienen unos
residuos volátiles. Por otro lado, estas instalaciones necesitan
unos volúmenes consecuentes para permitir unas reacciones completas
entre el carburante y el comburente y disminuir los costes de
explotación.
Para paliar estos inconvenientes, numerosos
procedimientos de destrucción de residuos utilizan unas tecnologías
de plasma. En efecto, la utilización de procedimientos de plasma
tiene la ventaja de permitir reducir el tamaño de las instalaciones
necesarias ya que los incineradores de plasma permiten alcanzar
temperaturas muy altas y, por consiguiente, acelerar las reacciones
químicas de destrucción de los residuos y de recombinación de los
elementos químicos así obtenidos.
En el documento [1] referenciado al final de
esta descripción, se aplica destruir unos productos orgánicos con
ayuda de plasma de arco soplado. Los gases que provienen de la
combustión de los residuos se mezclan con aire, agua u oxígeno en
la salida de la antorcha de plasma en una zona tubular segmentada.
Esta técnica permite la destrucción de residuos gaseosos de forma
fácil por mezcla de los residuos con el gas de plasma que proviene
de la antorcha de arco. Sin embargo, la eficacia del procedimiento
se reduce por el hecho de que las cargas que hay que destruir no
pasan por la antorcha. La destrucción de productos líquidos se
revela más complicada por el hecho de la dificultad de mezclar de
forma homogénea una fase líquida en una fase gaseosa con alta
temperatura y alta velocidad que proviene de una antorcha de plasma
de arco soplado. Esta dificultad disminuye todavía más el
rendimiento térmico y la eficacia del procedimiento.
Otro ejemplo de utilización de plasmas de arco
soplado se presenta en los documentos [2] y [3]. Los residuos que
hay que destruir se introducen en una antorcha tubular de plasma de
arco soplado después de que hayan sufrido un cambio de estado en
fase gaseosa con ayuda de un quemador inicial.
En la técnica expuesta en el documento [2], el
hecho de vaporizar la carga para hacerla pasar por la antorcha de
plasma permite a la vez aumentar la eficacia de destrucción del
procedimiento y complica considerablemente el procedimiento por la
vigilancia constante de la buena vaporización de la carga. La
inclusión del quemador de gas, que necesita un aporte de aire
importante para funcionar correctamente, conduce a un caudal gaseoso
importante en el que la proporción de la masa de la carga se
reduce.
El procedimiento descrito en el documento [3]
permite introducir la carga que hay que destruir, ya sea líquida o
gaseosa, directamente en la antorcha de plasma. Este procedimiento
utiliza la tecnología de estabilización del arco eléctrico en la
antorcha por un campo electromagnético. Siendo este procedimiento un
gran consumidor de energía eléctrica, está reservado a la
destrucción de productos presentes en una cantidad muy grande.
Adicionalmente, no hace mención del tipo de gas utilizado para el
funcionamiento de la antorcha o para el control de las
recombinaciones atómicas. Así, este procedimiento efectúa una
destrucción de los productos por pirólisis, es decir sin aporte de
oxígeno, lo que conduce a obtener unos gases fuertemente reductores
que deben ser quemados a la salida de la antorcha antes de la
expulsión a la atmósfera.
En el documento [4], los residuos se mezclan con
agua o metanol y se introducen en una antorcha tubular de arco.
Como gas de plasma se emplea igualmente oxígeno, en lugar del aire.
El objetivo de estas modificaciones consiste en mejorar el
rendimiento de destrucción de los residuos. Esta técnica utiliza una
antorcha segmentada tubular de arco, tecnología relativamente poco
corriente que necesita un buen conocimiento de la tecnología de
plasma con el fin de definir unos parámetros de funcionamiento
estables. La introducción de dos fases (líquida y gaseosa) en este
tipo de tecnología no facilita la adquisición de un funcionamiento
estable.
En el documento [5], se utiliza un quemador de
plasma para purificar y descontaminar los gases que salen de un
incinerador clásico. Se obtiene así una postcombustión a alta
temperatura con inyección de aire en la cámara de mezcla con los
productos gaseosos que hay que neutralizar. De nuevo, con este
procedimiento, la antorcha de plasma se utiliza como vector
energético complementario para purificar gases. Por lo tanto, no es
posible tratar líquidos directamente sin haberlos vaporizado
previamente en un incinerador clásico, por ejemplo como al que se
hace mención en este documento. Por otro lado, el hecho de no
introducir la carga en el seno de la antorcha (por razones de
incompatibilidad de material) disminuye fuertemente la eficacia del
procedimiento.
Se pueden utilizar igualmente unos plasmas de
radiofrecuencia o alta frecuencia. Por ejemplo, en el documento
[6], los productos sólidos que hay que destruir se introducen
primero en un horno giratorio para ser transformados en forma
gaseosa. El flujo gaseoso se dirige a continuación hacia un colector
en el que se mezcla con un gas portador y unos residuos líquidos
eventuales. Este conjunto se introduce a continuación en una
antorcha de plasma de alta frecuencia. Los productos que provienen
de la antorcha pasan entonces a una centrifugadora dotada de un
sistema tórico para generar unos campos eléctricos y magnéticos.
Este sistema permite entonces separar los diferentes elementos.
Esta técnica tiene como primera vocación la separación de los
diferentes constituyentes de cargas con una recuperación eventual
de productos valorizables (elementos pesados...). La antorcha
presenta una geometría particular en la que se introducen las cargas
por medio de un colector no definido. Las temperaturas de los
campos alcanzadas (300-1000ºC) no permiten una
destrucción en sentido estricto del término sino más bien un
acondicionamiento para una separación de los diferentes
elementos.
El documento [7] se refiere a la destrucción de
productos tóxicos gaseosos de origen militar por medio de una
antorcha de plasma que funciona con mezcla de aire/argón. En la
salida de la antorcha, se introduce un temple al aire/agua con el
fin de parar las reacciones. Las cargas que hay que destruir pasan o
bien por un módulo de inertización como se describe en este
documento, o bien por el módulo de plasma. Así parece que son
principalmente gases lo que se dirige hacia el módulo de plasma. La
introducción de líquido no constituye más que una eventualidad
según la composición de la carga.
La finalidad de la invención es destruir
productos orgánicos u organohalogenados, solos o en mezclas, de una
forma segura con expulsión controlada de los productos gaseosos no
tóxicos a la atmósfera y atrapamiento de los productos de
recombinaciones nocivos para el medio ambiente. El objetivo de esta
invención es, por lo tanto, restituir en la atmósfera unos
productos exentos de toxicidad o de peligrosidad para el hombre o su
medio ambiente.
La invención propone un dispositivo y un
procedimiento de destrucción de productos químicos, y en particular
de residuos específicos que presentan una alta estabilidad y una
alta toxicidad química. En otros términos, el dispositivo y el
procedimiento según la invención permiten tratar diferentes
productos químicos que presentan unos riesgos potenciales para el
hombre o su medio ambiente y que necesitan por lo tanto una
vigilancia atenta y continua en el curso de su vida útil.
La invención se refiere a un procedimiento de
destrucción térmica de al menos un producto orgánico u
organohalogenado que se presenta en forma líquida, gaseosa o
pulverulenta. Este procedimiento comprende las siguientes
etapas:
- mezcla:
- -
- de dicho al menos un producto orgánico con agua en cantidad suficiente para al menos satisfacer las relaciones estequiométricas entre los átomos de carbono y de oxígeno de la mezcla,
- o
- -
- de dicho al menos un producto organohalogenado con agua en cantidad suficiente para al menos satisfacer las relaciones estequiométricas entre los átomos de carbono y de oxígeno de la mezcla, por una parte, y entre los átomos de hidrógeno y de halógeno de la mezcla, por otra parte,
- introducción de esta mezcla y de gases
plasmágenos al nivel de la bobina de una antorcha de plasma
inductiva para obtener unos gases en los que se ha inducido una
descomposición en elementos atómicos,
- una primera operación de destrucción térmica
de dichos gases en los que se ha inducido una descomposición en
elementos atómicos, desarrollándose esta primera operación de
destrucción en una cámara de reacción,
- una segunda operación de destrucción térmica
de los gases que han sufrido la primera operación de destrucción,
desarrollándose esta segunda operación de destrucción en un
dispositivo de batimiento sin aporte de energía, siendo batidos con
aire y/u oxígeno estos gases que sufren la segunda operación de
destrucción térmica,
- recombinación por refrigeración de al menos
una parte de los gases que provienen del dispositivo de
batimiento,
- expulsión de los gases destruidos.
La mezcla de los productos que hay que destruir
con el agua se realiza con el agua en forma líquida para los
líquidos y los polvos, o el agua en forma de vapor para los gases.
La mezcla debe tener una relación residuo/agua como mínimo
equivalente a la relación estequiométrica atómica entre los átomos
de carbono y de oxígeno de la mezcla. En el caso particular de los
productos organohalogenados, es necesario adicionalmente que la
relación residuo/agua sea como mínimo equivalente a la relación
estequiométrica atómica entre los átomos de hidrógeno y de halógeno
de la mezcla.
Ventajosamente, la mezcla de al menos un
producto orgánico u organohalogenado con el agua se introduce al
nivel de la bobina de la antorcha de plasma inductiva en forma
pulverizada si dicho producto orgánico u organohalogenado está en
forma líquida o pulverulenta, o en forma gaseosa si dicho producto
orgánico u organohalogenado está en forma gaseosa.
Ventajosamente, la expulsión de los gases
destruidos se hace hacia la atmósfera.
Ventajosamente, el dispositivo de batimiento es
un venturi.
Según un caso particular, el procedimiento de
destrucción comprende además una etapa de refrigeración de los
gases que provienen de la etapa de recombinación por refrigeración
en un dispositivo que permite intercambiar el calor con el medio
exterior.
Ventajosamente, el procedimiento comprende
además una etapa de análisis de los gases que salen de la etapa de
recombinación por refrigeración.
Ventajosamente, el procedimiento comprende
además una etapa de regulación de la presión de los gases.
En este caso, la etapa de regulación se realiza
ventajosamente con la ayuda de un dispositivo de bombeo (válvula de
regulación, bomba de vacío, central de regulación) llamado grupo
vacío.
Según un caso particular, el procedimiento
comprende al menos una etapa de tratamiento químico de los gases
que salen de la etapa de recombinación por refrigeración.
Ventajosamente, dicha al menos una etapa de
tratamiento químico de los gases es una etapa elegida entre una
deshalogenación, una desoxidación de óxido de nitrógeno y una
desulfurización. Esta elección se efectúa siguiendo la naturaleza
de los gases a tratar.
Ventajosamente, una pulverización de agua sobre
los gases se efectúa antes de realizar la etapa de tratamiento
químico de dichos gases. Esta pulverización tiene como finalidad
disminuir, si es necesario, la temperatura de los gases.
La invención se refiere igualmente a un
dispositivo de destrucción térmica de al menos un producto orgánico
u organohalogenado que se presenta en forma líquida, gaseosa o
pulverulenta. Este dispositivo comprende:
- una antorcha de plasma inductiva,
- unos medios de introducción de gases
plasmágenos en dicha antorcha,
- unos medios de introducción de una mezcla de
agua y de dicho al menos un producto orgánico u organohalogenado en
dicha antorcha,
- una cámara de reacción capaz de permitir una
destrucción térmica de los gases que salen de la antorcha de plasma
inductiva,
- un dispositivo que permite realizar un
batimiento de los gases que salen de la cámara de reacción,
- unos medios de introducción de aire y/o de
oxígeno en el dispositivo de batimiento,
- un dispositivo que permite recombinar por
refrigeración al menos una parte de los gases que provienen del
dispositivo de batimiento,
estando unida la antorcha inductiva a la cámara
de reacción, que está unida al dispositivo de batimiento, que está
unido al dispositivo de recombinación.
Ventajosamente, el dispositivo de destrucción
comprende unos medios de refrigeración de la antorcha de plasma
inductiva, de la cámara de reacción, del dispositivo de batimiento y
del dispositivo de recombinación.
Ventajosamente, los medios de refrigeración de
la antorcha de plasma inductiva, de la cámara de reacción, del
dispositivo de batimiento y del dispositivo de recombinación son una
central de refrigeración.
Ventajosamente, la cámara de reacción comprende
una doble pared en la que circula el agua de refrigeración.
Ventajosamente, la superficie interior de la
doble pared está recubierta de un material refractario. Este
material sirve entonces de protección.
La cámara de reacción está concebida para que
los gases que ésta contiene puedan alcanzar una temperatura
suficientemente alta y durante un tiempo suficiente para que los
gases se descompongan en otros gases menos reactivos.
Ventajosamente, la introducción de gases
plasmágenos en la antorcha se efectúa por sobrepresión.
Ventajosamente, los medios de introducción de gases plasmágenos en
la antorcha están constituidos por una central de gases clásica
(botella depósito) en la que los gases se introducen clásicamente
por sobrepresión.
Ventajosamente, los medios de introducción de
una mezcla de agua y de residuos en la antorcha son una sonda de
pulverización si la mezcla está en forma líquida o de suspensiones,
o son una sonda de inyección si la mezcla está en forma
gaseosa.
Ventajosamente, el dispositivo que permite
realizar un batimiento de gas es un venturi. El dispositivo que
permite realizar un batimiento de aire, y en particular el venturi,
permite realizar directamente una postcombustión entre los gases a
alta temperatura que provienen de la descomposición de los residuos
y los gases introducidos (aire u oxígeno) sin ningún aporte de
energía suplementaria.
Según un caso particular, el venturi tiene una
doble pared refrigerada por agua.
Ventajosamente, el venturi comprende una parte
superior, llamada convergente, una parte inferior, llamada
divergente, una parte intermedia, llamada cuello, que une el
convergente y el divergente, y unos orificios de entrada de
aire.
Ventajosamente, el venturi comprende al menos un
medio que permite distribuir uniformemente el aire por las paredes
del venturi.
Ventajosamente, al menos un medio que permite
distribuir uniformemente el aire por las paredes del venturi es una
cámara de repartición que comprende unos agujeros dispuestos en su
perímetro.
Según un caso particular, el dispositivo que
permite recombinar por refrigeración al menos una parte de los
gases que provienen del dispositivo de batimiento es un recinto de
doble pared refrigerado por agua.
Ventajosamente, el dispositivo según la
invención comprende además un dispositivo que permite intercambiar
el calor con el medio exterior y/o un dispositivo que permite
regular la presión en el interior del dispositivo de
destrucción.
Ventajosamente, el dispositivo que permite
regular la presión es un grupo vacío.
Ventajosamente, el dispositivo de destrucción
comprende además, situado después del dispositivo de recombinación
de gases, al menos un dispositivo que permite tratar químicamente
los gases que provienen del dispositivo de recombinación.
Ventajosamente, el al menos un dispositivo que
permite tratar químicamente los gases que provienen del dispositivo
de recombinación realiza una reacción elegida entre una
deshalogenación, una desoxidación de óxido de nitrógeno y una
desulfurización. La reacción elegida depende de las composiciones
químicas de los gases y de sus propiedades
físico-químicas.
Las ventajas del dispositivo y del procedimiento
según la invención residen en:
- la tasa de destrucción elevada (99,995% como
mínimo) gracias a la inyección directa de los productos que hay que
destruir en la antorcha de plasma,
- el aspecto seguro por la dosificación fuera de
la instalación de la carga, es decir unos productos que hay que
destruir, con agua,
- el control de las recombinaciones de los
elementos atómicos por el aporte simultáneo de oxígeno, de hidrógeno
con los elementos carbonos y halógenos,
- el tamaño reducido de la instalación por la
integración de la tecnología de plasma y el confinamiento de las
reacciones en dos cámaras de tamaño reducido,
- la aceptación de mezclas complejas de
productos que hay que destruir sin a priori tener un conocimiento
preciso de su composición.
El dispositivo y el procedimiento según la
invención presentan una polivalencia ante unos residuos que hay que
tratar. En efecto, el límite de introducción de los residuos en el
dispositivo reside en la no aceptación de residuos sólidos como
tales. Todo producto que puede presentarse en forma líquida,
gaseosa, o incluso en forma de suspensión puede ser aceptado.
La tasa de destrucción de los residuos obtenida
por el procedimiento y el dispositivo según la invención es del
orden de 99,995%, incluso de 99,999%. Los gases expulsados por el
dispositivo o el procedimiento de destrucción respetan
particularmente las normas de expulsión de productos gaseosos en
vigor en la Comunidad Europea, que se ha fijado el objetivo
"producto tóxico cero" expulsado a la atmósfera.
La invención se comprenderá mejor y otras
ventajas y particularidades aparecerán en la lectura de la
descripción que va a seguir, dada a título de ejemplo no
limitativo, acompañada de unos dibujos adjuntos entre los que:
- la figura 1 es un esquema de principio que
ilustra la instalación que permite realizar el procedimiento según
la invención,
- la figura 2 es un esquema de principio que
ilustra la introducción de la carga en la antorcha de plasma,
- la figura 3 es un esquema de principio de la
zona de destrucción,
- la figura 4 es un esquema de principio del
venturi.
La instalación que permite realizar el
procedimiento de destrucción térmica según la invención está
descrita en la figura 1.
Un generador eléctrico 1, conectado en el sector
a 380 V / 50 Hz (referencia 100) y refrigerado por una central 2 de
refrigeración, alimenta una antorcha 6 de plasma de corriente de
alta frecuencia a través de un cuadro 4 de mando. Este cuadro 4 de
mando puede, por ejemplo, ser una caja acorde. La referencia 101
representa el cable coaxial que une el generador eléctrico 1 al
cuadro 4 de mando, y la referencia 102 ilustra un brazo de
inducción que une el cuadro 4 a la antorcha 6 de plasma.
La antorcha 6 de plasma necesita recibir unos
gases para funcionar. La introducción de estos gases 3 de
funcionamiento así como la introducción de la mezcla agua/residuos
5 que hay que tratar se hacen directamente en el seno de la
antorcha 6. La mezcla del agua y de los residuos, efectuada
previamente, se introduce en la antorcha 6 por medio de una sonda
de pulverización para los líquidos o las suspensiones, y por medio
de una sonda de inyección para los gases (el principio de la
introducción de la mezcla agua/residuos en la antorcha se sitúa en
la figura 2).
Después de su paso por la antorcha 6 de plasma,
el gas plasmágeno y la mezcla agua/carga desembocan en una cámara 7
de reacción. Esta cámara 7 de reacción tiene como función confinar
el calor producido en la antorcha de plasma para permitir así la
destrucción completa de los residuos. Los gases que provienen de
esta cámara de reacción pueden así alcanzar una temperatura
superior a 1500ºC.
En la salida de la cámara 7 de reacción, los
gases fluyen hacia un dispositivo particular llamado venturi 8. El
venturi 8 es un dispositivo de batimiento que, gracias a una
alimentación de comburente (agua u oxígeno 9), permite generar una
segunda combustión (postcombustión) entre este comburente y los
gases que provienen de la cámara 7 de reacción. La figura 4
representa el detalle del venturi 8. Este dispositivo permite así
destruir los componentes tóxicos que habrían podido escapar en la
primera fase de destrucción en la cámara 7 de reacción. En el
venturi, los gases pueden alcanzar una temperatura superior a 1200ºC
después de la mezcla con el comburente y la reacción exotérmica de
combustión.
Más tarde, los gases fluyen hacia un espacio 10
en el que los gases se refrigeran rápidamente y sufren una etapa de
recombinación. Este espacio de recombinación consiste en una cámara
de doble pared refrigerada por agua. En este espacio 10, la
temperatura cae rápidamente para alcanzar 200ºC a la salida. A
diferencia de la cámara 7 de reacción, el espacio 10 de
recombinación no está aislado térmicamente: su doble pared se
refrigera por circulación de agua que proviene de la central 2 de
refrigeración. En este espacio, los gases fluyen y se refrigeran
por convección natural cerca de las paredes.
Nótese que el conjunto de los elementos
constituido por la antorcha inductiva 6, la cámara 7 de reacción,
el venturi 8 y la zona 10 de recombinación se refrigera y se conecta
a una central 11 de refrigeración.
\newpage
En la salida del espacio 10 de recombinación, se
analizan los gases. El dispositivo 12 de análisis permite verificar
la eficacia del tratamiento térmico y conocer la composición de los
gases después de este tratamiento, pero el análisis permite
sobretodo saber si los gases deben sufrir adicionalmente un
tratamiento químico.
Si los gases han sufrido un tratamiento térmico
suficientemente para ser expulsados directamente a la atmósfera, es
decir si sus concentraciones de compuestos tóxicos no superan los
límites fijados, los gases son enviados hacia un intercambiador 17
de calor. En este intercambiador, se refrigeran los gases y pasan a
continuación por un grupo vacío 18 que permite regular la presión
de trabajo en el procedimiento. La presión de trabajo está
comprendida entre algunos milibares y la presión atmosférica.
Después del grupo vacío 18, se expulsan los gases hacia la
atmósfera.
Si los gases, después del tratamiento térmico,
contienen todavía componentes tóxicos de concentraciones demasiado
elevadas, se les envía a un sistema de tratamiento. Este sistema de
tratamiento depende de los componentes que se deben tratar. En
general, este sistema de tratamiento comprende un sistema 14 de
neutralización de halogenados, un sistema DENOX 16 que permite la
desnitrificación catalítica de los gases y eventualmente un sistema
de desulfurización (no representado en la figura 1).
La neutralización de los halógenos se efectúa
por pulverización clásica de agua sodada que sigue la reacción
ejemplar del cloro:
HCl + NaOH
\rightarrow NaCl +
H_{2}O
La desnitrificación de los óxidos de nitrógeno
se efectúa por ejemplo por las reacciones con el amoniaco:
NO + NO_{2} +
2NH_{3} \rightarrow 2N_{2} +
3H_{2}O
4NO + 4NH_{3}
+ O_{2} \rightarrow 4N_{2} +
6H_{2}O
2NO_{2} +
4NH_{3} + O_{2} \rightarrow 3N_{2} +
6H_{2}O
Eventualmente, se puede efectuar una
pulverización 13 de agua antes de la entrada de los gases en el
sistema 14 de tratamiento de los productos halogenados y el paso
por las unidades 16 de tratamiento de los óxidos de nitrógeno y/o
de productos azufrados. Esto permite disminuir la temperatura de los
gases en caso de exceso de calor para proteger el sistema de
neutralización de los halógenos.
Unas válvulas 103 permiten controlar el caudal
de gas que circula entre diferentes elementos del dispositivo. Por
ejemplo, en la figura 1, unas válvulas 103 están dispuestas entre el
dispositivo 12 de análisis y el sistema 14 de tratamiento de los
productos halogenados, entre el dispositivo 12 de análisis y el
intercambiador 17 de calor, y entre las unidades 16 de tratamiento
de los óxidos de nitrógeno y/o de productos azufrados y el
intercambiador 17 de calor.
Después de haber sufrido estos diferentes
tratamientos, los gases sufren un análisis 19 para determinar si
pueden ser expulsados a la atmósfera. Si están suficientemente
depurados, se refrigeran en el intercambiador 17 de calor y pasan
por el grupo vacío 18. Después del grupo vacío 18, se expulsan los
gases hacia la atmósfera 19. Si los gases son todavía demasiado
reactivos, sufren de nuevo un tratamiento químico en los sistemas 14
y 16.
La figura 2 presenta el sistema de introducción
de la mezcla carga/agua 5 en el seno de la antorcha de plasma.
La antorcha 6 de plasma es una antorcha de alta
frecuencia o inductiva, sin electrodo, y en la que el plasma es
generado por una corriente de fuerte tensión y alta frecuencia que
circula en una bobina 26. Se entiende por plasma la disociación de
un gas en iones, en electrones y en especies neutras, excitadas o
no. Todo tipo de antorcha inductiva puede ser conveniente.
Preferiblemente, la antorcha de plasma está
constituida por un material no conductor y permeable a las altas
frecuencias.
La carga que hay que tratar debe ser mezclada
con una cantidad suficiente de agua. Si la carga que hay que tratar
está en forma líquida o pulverulenta, el agua añadida es líquida. Si
la carga que hay que tratar es gaseosa, el agua añadida será
igualmente gaseosa (vapor de agua). La cantidad suficiente de agua
que hay que añadir se alcanza cuando la relación carga/agua es,
como mínimo, equivalente a la relación estequiométrica atómica
entre, por una parte, los átomos de carbono y de oxígeno y, por otra
parte, entre los átomos de hidrógeno y de halógeno, en el caso
particular de los productos organohalogenados. El aporte simultáneo
de oxígeno y de hidrógeno, por medio del agua líquida o el vapor de
agua mezclado con la carga, permite controlar las recombinaciones
atómicas asegurando un nivel de seguridad elevada (no hay riesgo de
explosión H_{2}/O_{2}, por ejemplo). Así las reacciones de
recombinación atómica simultáneas son las siguientes:
C + O
\rightarrow
CO
H + Cl
\rightarrow
HCl
Esta mezcla así constituida se almacena en una
cubeta esperando a ser inyectada en la antorcha de plasma.
La mezcla agua/residuos se introduce en el
núcleo de la antorcha 6 de plasma en forma pulverizada o
gaseosa.
Si la mezcla residuos/agua está en forma de un
líquido o de una suspensión, será pulverizada en la antorcha de
plasma. Como la mezcla está depositada en una cubeta, se utiliza una
bomba de alimentación para traer la mezcla hasta la entrada de la
antorcha y se pulveriza la mezcla (aquí en forma de manto líquido)
con ayuda de una sonda 23 de pulverización, refrigerada por agua y
asistida mecánicamente por una introducción de gases. Se precisa
que la introducción de la mezcla en la antorcha de plasma puede ser
realizada por todo tipo de sonda, con tal de que ésta fraccione el
manto líquido en finas gotitas.
Si la carga que hay que tratar es una carga
gaseosa, la mezcla gaseosa se introduce en el núcleo del plasma de
la antorcha de plasma por medio de una bomba de alimentación y de
una sonda 23' de inyección refrigerada por agua. Nótese que la
sonda 23 de pulverización y la sonda 23' de inyección son idénticas,
menos en que la sonda de inyección no necesita alimentación de
gases de pulverización.
La sonda 23' de inyección o 23 de pulverización
está colocada preferiblemente en el núcleo de la bobina 26 de la
antorcha 6 de plasma. Así, la mezcla líquida, pulverulenta o gaseosa
está en contacto con el plasma en el lugar en el que su temperatura
es más alta. Esta posición procura la máxima eficacia a la vez en
términos de penetración de la carga en el chorro gaseoso y en
términos de destrucción por el hecho del contacto íntimo de las dos
fases y de las altas temperaturas. La sonda 23' o 23 puede
igualmente ser desplazada hacia la salida 25 de la antorcha.
En otros términos, todos los residuos que hay
que destruir se mezclan previamente con el agua, ya sea en forma
líquida para los residuos líquidos (mezcla o emulsión) o los
residuos en polvos (suspensión), ya sea en forma de vapor de agua
para los residuos gaseosos antes de su introducción en el
dispositivo de destrucción térmica.
La mezcla del residuo con el medio acuoso o
gaseoso constituye uno de los puntos clave del éxito de la
destrucción del residuo. La relación residuo/agua debe como mínimo
satisfacer la relación estequiométrica atómica entre, por una
parte, los átomos de carbono y el oxígeno y, por otra parte, entre
los átomos de hidrógeno y de halógeno, en el caso particular de los
productos organohalogenados. Así por ejemplo, un residuo de
diclorometano de fórmula química CH_{2}Cl_{2} será mezclado con
el agua en las proporciones 1 mol por 1 mol para activar la
reacción siguiente:
CH_{2}Cl_{2} +
H_{2}O \rightarrow CO + 2HCl
+H_{2}
Esta mezcla permite aumentar el aspecto de la
seguridad del dispositivo de destrucción según la invención
evitando la introducción separada y simultánea de oxígeno y de
hidrógeno en el plasma. Esta mezcla permite igualmente disminuir
los caudales de gases. Por lo tanto, se dispone así de una
instalación de tamaño reducido que no necesita sistemas de
tratamiento de los humos demasiado importantes.
La figura 3 esquematiza la zona de destrucción.
Hay una cámara de reacción en la que va a tener lugar la destrucción
de la carga. Esta cámara 7 de reacción comprende una doble pared 28
en la que circula el agua de refrigeración. Esta doble pared puede
ser de acero. La superficie interior de la doble pared está
recubierta de un material refractario de protección.
Los gases que provienen de la antorcha 6
penetran en la cámara 7 de reacción por un orificio 27. Una
ventanilla 30 de mira permite controlar el buen comportamiento del
gas que pasa por el orificio 27. Un mal comportamiento de la
ionización del gas estaría caracterizado por:
- unos movimientos erráticos y desordenados de
la columna de gases,
- unas descargas eléctricas en las piezas
metálicas (borde de antorcha, sonda de inyección),
- una columna de plasma no desarrollada
perfectamente y que permanece confinada en la antorcha 6.
El control del buen comportamiento del gas puede
ser facilitado colocando una videocámara 31 delante de la
ventanilla 30. Un termopar 32, colocado hacia la salida 33 de la
cámara 7 de reacción, permite medir la temperatura de los gases a
la salida de esta cámara.
Los gases que salen de la cámara de reacción
entran a continuación en un dispositivo llamado venturi. El venturi
8 tiene por objeto generar una turbulencia importante de los gases
de reacción que provienen de la cámara de reacción gracias a un
aporte de aire frío. Esta mezcla de gases, constituida por aire frío
y unos productos de reacción, permite, sin aportar calor
suplementario, generar una postcombustión de los gases que provienen
de la cámara de reacción. Se puede así acabar la destrucción de los
gases reactivos eventuales que no han sido transformados en la
cámara 7 de reacción. En el venturi, las diferentes especies
gaseosas tales como H_{2}, CO, C... van a reaccionar con el aire
según la reacción siguiente:
CO + H_{2} +
O_{2} \rightarrow CO_{2} +
H_{2}O
El gas nocivo CO es así transformado en un gas
menos nocivo.
El venturi 8 es de acero y posee una estructura
de doble pared refrigerada por agua (véase en la figura 4). Está
constituido por tres partes, una parte superior, llamada convergente
34, y una parte inferior, llamada divergente 42, juntándose estas
dos partes al nivel de un cuello 38.
El convergente 34 está en contacto con la salida
33 de los gases de la cámara 7 de reacción. El convergente
comprende dos orificios 35 y 36 que permiten inyectar el aire o el
oxígeno en la entrada del venturi 8 con ayuda de una cámara 37 de
repartición. La cámara de repartición es un espacio cilíndrico de
algunos centímetros de altura y de ancho en todo el perímetro de la
entrada del venturi, y en el que el gas 10 va a fluir. La cámara 37
de repartición está agujereada con una multitud de agujeros, por
ejemplo agujeros de 2 mm de diámetro y espaciados 2 mm, presentes
en todo el perímetro de la cámara 37 de repartición. Esta cámara 37
de repartición permite que los gases contenidos en el convergente
34 sean distribuidos de forma uniforme cerca de las paredes del
convergente 34, protegiendo así estas mismas paredes de los gases
corrosivos a alta temperatura.
Al nivel del cuello 38 del venturi 8, una
segunda inyección de aire o de oxígeno es realizada por un orificio
39 con ayuda de una segunda cámara 40 de repartición. Esta segunda
inyección completa la primera inyección realizada en el
convergente. Los gases pasan a continuación por el divergente 42 y
son expulsados por la salida 41 del venturi para penetrar en la
zona 10 de recombinación.
Una de las ventajas del dispositivo según la
invención es que la yuxtaposición y el ensamblaje de los diferentes
elementos descritos en los párrafos precedentes permiten realizar
una postcombustión de los gases que provienen de la zona de
destrucción sin utilizar fuente de energía. La yuxtaposición de los
elementos permite en efecto aprovechar y utilizar las altas
temperaturas de los gases que provienen de la cámara 7 de
reacción.
Los productos que pueden ser tratados utilizando
el dispositivo o el procedimiento de destrucción según la invención
pueden ser, por ejemplo, disolventes organohalogenados, mezclas
acuosas contaminadas de escaso poder calorífico, aceites, ciclos
aromáticos, productos tóxicos gaseosos tipo C.F.C., H.C.F.C., gases
de combate, productos pulverulentos tales como unos explosivos_{
}sólidos en forma de lodo... La única limitación es que los
productos que hay que destruir deben encontrarse en forma líquida,
gaseosa o pulverulenta.
Por ejemplo, la destrucción del fosgeno,
producto gaseoso, conduce a la descomposición atómica y después a
la recombinación siguiente:
COCl_{2} +
H_{2}O \rightarrow C + 2H + 2O +2Cl \rightarrow 2HCl +
CO_{2}
siendo la concentración molar
inicial de la mezcla de 1 mol de COCl_{2} con 1 mol de agua para
formar 3 moles de productos
gaseosos.
Más tarde, el HCl reacciona con NaOH:
2HCl + 2NaOH
\rightarrow 2NaCl + 2H_{2}O
(disolución)
Para la destrucción de productos líquidos, por
ejemplo del tetraclorometano, se tienen las reacciones de
descomposición y de recombinación siguientes:
CCl_{4} +
2H_{2}O \rightarrow C + 4Cl + 4H + 2O \rightarrow 4HCl +
CO_{2}
siendo la concentración molar de 1
mol de carga y 2 moles de
agua.
Más tarde, habrá la reacción siguiente entre HCl
y NaOH:
4HCl + 4NaOH
\rightarrow 4NaCl + 4H_{2}O
(disolución)
\newpage
[1] Patente US4438706.
[2] Patente US4479443.
[3] Patente US4644877.
[4] Patente US4886001.
[5] Patente US5505909.
[6] Patente US5288969.
[7] Documento
FR-A-2765322.
Claims (27)
1. Procedimiento de destrucción térmica de al
menos un producto orgánico u organohalogenado que se presenta en
forma líquida, gaseosa o pulverulenta, comprendiendo el
procedimiento las siguientes etapas:
- mezcla:
- -
- de dicho al menos un producto orgánico con agua en cantidad suficiente para al menos satisfacer las relaciones estequiométricas entre los átomos de carbono y de oxígeno de la mezcla,
- o
- -
- de dicho al menos un producto organohalogenado con agua en cantidad suficiente para al menos satisfacer las relaciones estequiométricas entre los átomos de carbono y de oxígeno de la mezcla, por una parte, y entre los átomos de hidrógeno y de halógeno de la mezcla, por otra parte,
- introducción de esta mezcla y de gases
plasmágenos al nivel de la bobina (26) de una antorcha (6) de plasma
inductiva para obtener unos gases en los que se ha inducido una
descomposición en elementos atómicos,
- una primera operación de destrucción térmica
de dichos gases en los que se ha inducido una descomposición de
elementos atómicos, desarrollándose esta primera operación de
destrucción en un cámara (7) de reacción,
- una segunda operación de destrucción térmica
de los gases que han sufrido la primera operación de destrucción,
desarrollándose esta segunda operación de destrucción en un
dispositivo (8) de batimiento sin aporte de energía, siendo brasees
con aire y/u oxígeno estos gases que sufren la segunda operación de
destrucción térmica,
- recombinación (10) por refrigeración de al
menos una parte de los gases que provienen del dispositivo (8) de
batimiento,
- expulsión (20) de los gases destruidos.
2. Procedimiento de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque la mezcla de
al menos un producto orgánico u organohalogenado con el agua se
introduce al nivel de la bobina (26) de la antorcha (6) de plasma
inductiva en forma pulverizada si dicho producto orgánico u
organohalogenado está en forma líquida o pulverulenta, o en forma
gaseosa si dicho producto orgánico u organohalogenado está en forma
gaseosa.
3. Procedimiento de destrucción térmica según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (8) de
batimiento es un venturi.
4. Procedimiento de destrucción térmica según la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una
etapa de refrigeración de los gases que provienen de la etapa (10)
de recombinación por refrigeración en un dispositivo (17) que
permite intercambiar el calor con el medio exterior.
5. Procedimiento de destrucción térmica según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4, caracterizado
porque comprende además una etapa (12) de análisis de los gases que
salen de la etapa (10) de recombinación por refrigeración.
6. Procedimiento de destrucción térmica según
una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado
porque comprende además una etapa de regulación de la presión de los
gases.
7. Procedimiento de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque la etapa de
regulación se realiza con ayuda de un dispositivo (18) de bombeo
llamado grupo vacío.
8. Procedimiento de destrucción térmica según
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque comprende al menos una etapa de
tratamiento químico de los gases que salen de la etapa de
recombinación por refrigeración.
9. Procedimiento de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque la al menos
una etapa de tratamiento químico de los gases es una etapa elegida
entre una deshalogenación (14), una desoxidación (16) de óxido de
nitrógeno y una desulfurización.
10. Procedimiento de destrucción térmica según
una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado
porque se efectúa una pulverización (13) de agua en los gases antes
de realizar la etapa de tratamiento químico de dichos gases.
11. Dispositivo de destrucción térmica de al
menos un producto orgánico u organohalogenado que se presenta en
forma líquida, gaseosa o pulverulenta, que comprende:
- una antorcha (6) de plasma inductiva,
- unos medios de introducción de gases
plasmágenos en dicha antorcha (6),
- unos medios (23, 23') de introducción de una
mezcla de agua y de dicho al menos un producto orgánico u
organohalogenado en dicha antorcha,
- una cámara (7) de reacción capaz de permitir
una destrucción térmica de los gases que salen de la antorcha (6) de
plasma inductiva,
- un dispositivo (8) que permite realizar un
batimiento de los gases que salen de la cámara (7) de reacción,
- unos medios (9) de introducción de aire y/o de
oxígeno en el dispositivo (8) de batimiento,
- un dispositivo (10) que permite recombinar por
refrigeración al menos una parte de los gases que provienen del
dispositivo de batimiento,
estando unida la antorcha inductiva (6) a la
cámara (7) de reacción, que está unida a un dispositivo (8) de
batimiento, que está unido al dispositivo (10) de recombinación.
12. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque comprende
unos medios de refrigeración de la antorcha de plasma inductiva, de
la cámara de reacción, del dispositivo de batimiento y del
dispositivo de recombinación.
13. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque dichos medios
de refrigeración son una central (11) de refrigeración.
14. Dispositivo de destrucción térmica según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado
porque la cámara (7) de reacción comprende una doble pared (28) en
la que circula el agua de refrigeración.
15. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque la superficie
interior de la doble pared (28) está recubierta de un material
refractario.
16. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación 11, caracterizado porque la introducción de
gases plasmágenos en la antorcha se efectúa por sobrepresión.
17. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación 11, caracterizado porque los medios de
introducción de una mezcla de agua y de residuos en la antorcha son
una sonda (23) de pulverización si la mezcla está en forma líquida
o de suspensiones, o son una sonda (23') de inyección si la mezcla
está en forma gaseosa.
18. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación 11, caracterizado porque el dispositivo (8)
que permite realizar un batimiento de gases es un venturi.
19. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque el venturi
tiene una doble pared refrigerada por agua.
20. Dispositivo de destrucción térmica según una
cualquiera de las reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado
porque el venturi comprende una parte superior, llamada convergente
(34), una parte inferior, llamada divergente (42), una parte
intermedia, llamada cuello (38), uniendo el convergente (34) y el
divergente (42), y unos orificios de entrada de aire.
21. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque el venturi
comprende al menos un medio (37) que permite distribuir
uniformemente el aire en las paredes del venturi.
22. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque el al menos
un medio que permite distribuir uniformemente el aire en las paredes
del venturi es una cámara (37, 40) de repartición que comprende
unos agujeros dispuestos en su perímetro.
23. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación 11, caracterizado porque el dispositivo (10)
que permite recombinar por refrigeración al menos una parte de los
gases que provienen del dispositivo (8) de batimiento es un recinto
de doble pared refrigerado por agua.
24. Dispositivo de destrucción térmica según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 23, caracterizado
porque comprende además un dispositivo (17) que permite intercambiar
el calor con el medio exterior y/o un dispositivo (18) que permite
regular la presión en el interior del dispositivo de
destrucción.
25. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque el
dispositivo (18) que permite regular la presión es un grupo
vacío.
26. Dispositivo de destrucción térmica según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 25, caracterizado
porque comprende además, situado después del dispositivo (10) de
recombinación de gases, al menos un dispositivo que permite tratar
químicamente los gases que provienen del dispositivo de
recombinación.
27. Dispositivo de destrucción térmica según la
reivindicación precedente, caracterizado porque el al menos
un dispositivo que permite tratar químicamente los gases que
provienen del dispositivo de recombinación realiza una reacción
elegida entre una deshalogenación (14), una desoxidación (16) de
óxido de nitrógeno y una desulfurización.
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