ES2294702T3 - Procedimiento para la produccion de energia natural a partir de residuos. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la producción de energía natural a partir de residuos sólidos municipales (RSM), que comprende las siguientes fases: a) bioestabilizacion para transformar los RSM en un material seco y homogéneo que sea fácil de manipular; b) separación fluido-dinámica de una fracción rica en materiales con valor de calor elevado constituyendo el denominado CS (combustible secundario) de calidad; c) compactación del residuo rico en sustancias biodegradables e inertes, y almacenamiento en biorreactores que pueden cerrase herméticamente y activarse; d) activación de los biorreactores con agua y su funcionamiento en el tiempo durante digestión aerobia para la producción de biogás; e) bioestabilizacion y deshidratación del material residual del tratamiento anerobio de los biorreactores con aire; f) posible recuperación de los materiales producidos de este modo.

Description

Procedimiento para la producción de energía natural a partir de residuos.
La presente invención se refiere al ciclo de vida de residuos y más particularmente a residuos sólidos municipales (RSM), también después de recogida selectiva o de fracciones obtenidas o derivados de los mismos.
Más particularmente la presente invención se refiere a un procedimiento integrado de tecnologías conocidas como por ejemplo el procedimiento de los BIOCUBOS para la estabilización de RSM, la incineración de combustibles derivados de los mismos, con nuevas tecnologías como por ejemplo la separación de las fracciones con elevado valor de calor bajo (LHV, Low Heat Value), y el uso de fracciones con un bajo LHV en biorreactores para la producción de biogás.
El biorreactor anaerobio/aerobio no es por lo tanto el equivalente de los vertederos actuales, ya que tiene una vida más corta y con la posibilidad de una recuperación total al final de su vida.
La presente invención describe un procedimiento y un proceso para introducir nuevas tecnologías en el ciclo de vida de los residuos con el propósito de una producción continua de energía eléctrica o calorífica sin cenizas que tengan que ser inertizadas y vertidas.
Estado de la técnica
Los residuos sólidos municipales (RSM) procedentes de recogida selectiva, después de haber sido compactados, se vierten generalmente en vertederos controlados con bases previamente impermeabilizadas según los antecedentes (vertedero convencional).
La producción creciente de residuos y la consiguiente necesidad de nuevos espacios para vertederos controlados ha conducido al desarrollo de procedimientos de eliminación como alternativas al vertido en vertederos convencionales.
Debe observarse también que estos vertederos tienen problemas medioambientales considerables y problemas de aceptación social, ambos durante su puesta en marcha y cultivo en la recuperación del territorio al final de su vida.
La vida de un vertedero es de aproximadamente 20 años, tiempo durante el cual se produce biogás a razón de hasta 150 Nm^{3}/t de RSM, es decir, aproximadamente 150 Nm^{3}/t de material orgánico degradable.
En los EE.UU., donde la disponibilidad de suelo no supone un problema, pero donde la producción de residuos está mostrando un fuerte aumento, se lleva a cabo una investigación para mejorar el rendimiento de los vertederos de RSM.
A este respecto, se hace mención en la presente memoria descriptiva del proyecto Outer Loop Landfill (Louisville, KY), presentado en la conferencia EPA Workshop en los EE.UU. sobre vertederos biorreactores, 27-28 de febrero de 2003, Arlington, VA, el cual incluye estudios cuantitativos sobre los rendimientos de vertederos aerobios/anaerobios combinados con digestión acelerada a través de reciclado del percolato.
La solicitud de patente US 2003/0108394 reivindica la conversión de vertederos convencionales en condiciones aerobias para acelerar el proceso de conversión de la parte de residuos biodegradables.
Por el contrario, la Comunidad Europea (1999/31/EC) formula una reducción de un 50% en los RSM vertidos en 2009 y el desarrollo de procedimiento de recuperación alternativos.
Una característica común de estos procedimientos alternativos es la recuperación y reciclado de al menos una fracción (aproximadamente un 30%) de los residuos a través de la recogida selectiva y combustión del 70% restante.
El residuo después de la recogida selectiva comprende una fracción fácilmente digerible compuesta por materiales orgánicos húmedos, una fracción inorgánica no combustible compuesta por vidrio y metales y una fracción combustible con elevado valor de calor bajo (LHV) que comprende material de embalaje, material de naturaleza plástica, madera, cartón y papel tal y como se muestra en la Tabla 1.
TABLA 1 Composición típica de RSM después de recogida selectiva
1
La opción preferida hasta la fecha ha sido la combustión de RSM con producción de energía eléctrica y vertido de la cenizas, pero esta opción también plantea problemas medioambientales y aquellos de aceptación por el público, y sobre todo no elimina totalmente el vertido de RSM debido a la discontinuidad de los combustores y no uniformidad del material y de los suministros.
Por esta razón se han desarrollado procedimientos para la transformación de residuos malolientes y heterogéneos con elevado impacto medioambiental en materiales homogéneos e inertes que resultan más fáciles de manejar y almacenar, proporcionando de este modo una solución definitiva al problema de los residuos y ofreciendo varias opciones para el uso de materiales derivados con un aumento en la flexibilidad del ciclo completo de los propios
residuos.
La aplicación de estos nuevos materiales en incineradores representa una de las posibles opciones y otros usos son posibles, como por ejemplo la integración de combustible convencional en fabricas de cemento o en centrales térmicas de carbón, vertido actual y recuperación medioambiental de vertederos convencionales al final de su vida.
Se conocen procedimientos para la preparación de materiales biosecados y bioestabilizados por medio del calor generado por la digestión aerobia de la facción digerible presente en el mismo residuo.
En la patente europea EP-A-706839, en nombre del mismo solicitante, se da una descripción de un procedimiento (BIOCUBOS) para la recuperación de energía procedente de RSM mediante la preparación de combustible no convencional que comprende las fases de triturado generoso del residuo, acumulación del mismo sobre un lecho poroso en una área cerrada, digestión aerobia forzada con temperaturas de hasta 65-70ºC hasta que el residuo queda seco, llevado a cabo por medio de un flujo de aire aspirado a través del mismo residuo, y eliminación de olor del aire de salida por medio de bio-filtros.
El producto biosecado de este modo puede refinarse por tamizado, eliminación de los metales y molido de la fracción restante hasta que se obtenga un diámetro final máximo de unos pocos centímetros.
La patente italiana IT-A-1283805 describe un procedimiento para la recuperación de energía procedente de RSM que comprende una fase inicial de trituración para homogenizar y limitar la formación de bolsas locales de digestión anaerobia y una fase de digestión forzada hasta que el residuo queda seco. El flujo de aire elimina la humedad y la digestión finaliza cuando el agua restante no es suficiente para sostener el proceso de digestión. No se añade agua durante el procedimiento. Los metales y parte de los materiales inertes se separan del residuo digerido, seco y tamizado, molido hasta 3 cm.
La solicitud de patente BS2002A000055 describe en detalle una planta para el biosecado de residuos y un sistema de control automático para la gestión del proceso de digestión aerobia.
\newpage
El material biosecado que aún no está refinado es más homogéneo y tiene un LHV más alto (3000 kcal/kg) que los RSM, ha perdido aproximadamente un 27% en peso principalmente en forma de agua evaporada y puede ser alimentado habitualmente en los mismos incineradores con rejilla en los que se queman los actuales RSM.
El material refinado obtenido del material biosecado a través de tamizado y separación del residuo tamizado, molienda y separación de los metales puede ser alimentado habitualmente en combustores de lecho fluidizado o de lecho recirculante.
Este material refinado, el cual debe llamarse CDB (combustible derivado de basura) o CS (combustible secundario) tiene un valor de calor bajo de aproximadamente 4000 kcal/kg y representa aproximadamente un 50% de los RSM originales.
La desventaja de este procedimiento de incineración es sobre todo el contenido de cenizas del material biosecado, y en menor proporción, el contenido de CS, el cual debe volverse inerte y verterse.
Además, la presencia de la ceniza y de cantidades considerables de sales y principalmente cloruros limita considerablemente los rendimientos termoeléctricos de las centrales de incineración, los cuales normalmente no exceden el 25%.
Mientras se aguarda la disponibilidad de plantas de incineración capaces de asumir la siempre creciente producción de RSM, los materiales bioestabilizados o CDB/CS pueden almacenarse habitualmente en un vertedero del cual pueden recuperarse más tarde si hiciera falta.
La solicitud de patente VI2002A000196 del mismo solicitante describe un procedimiento para reclamar, mediante el uso de material biosecado comprimido en balas (BIOCUBOS), vertederos convencionales al final de su vida con beneficios medioambientales y recuperación del territorio del vertedero. De hecho, el vertedero está recubierto con una capa de arcilla (y no con una lámina impermeable) que permite un rápido enraizamiento de la vegetación. El documento FR-A-2579908 describe material de desecho secado comprimido en balas para ser incinerado más tarde.
Se han construido numerosos vertederos compuestos solamente por material biosecado comprimido en balas que han demostrado un impacto medioambiental despreciable no solamente durante su construcción sino durante los primeros años de funcionamiento.
El material biosecado no emite olores ni biogás, y no produce percolato.
La lluvia es absorbida por la cubierta de arcilla, se evapora y es absorbida por la vegetación y, en el caso de lluvia torrencial, su penetración está limitada a unos pocos centímetros de material biosecado. El material tiene de hecho una capacidad de absorción de agua de hasta un 60% de su peso.
Se encontró más tarde que, por el contrario, después de una abundante hidratación, el material bioestabilizado tiene una elevada reactividad anaerobia.
La solicitud de patente MI2003A001903 en nombre del mismo solicitante describe un procedimiento y un sistema para activar un vertedero de material biosecado/bioestabilizado con elevada producción de biogás y reducidos tiempos de funcionamiento para extinguir el material biodegradable del vertedero.
La desventaja de este procedimiento es el no uso de la fracción con una elevada energía y contenido no degradable como por ejemplo plástico, el cual podría aprovecharse útilmente para la producción de energía.
Descripción de la invención
El objeto general de la presente invención es aquel de eliminar las desventajas establecidas anteriormente, haciendo disponibles un procedimiento y un proceso que permiten la explotación del contenido en energía de los residuos con producción de fracciones con elevado LHV como por ejemplo plástico, plástico/papel y biogás.
Un objeto en particular es aquel de hacer disponible un procedimiento de separación, comenzando con RSM biosecados y bioestabilizados o con CDB /CS, de las fracciones nobles de los residuos como por ejemplo plástico y papel para usos energéticos y de casi totalmente eliminar la producción inevitable de elevadas cantidades de escoria y cenizas producidas en la combustión de RSM y de los combustibles normales derivados de los mismos.
Un objeto adicional es aquel de hacer disponible un procedimiento para recuperar un elevado nivel de energía en forma de biogás a partir de los residuos menos nobles compuestos por material inerte y material orgánico bioestabilizado.
Un objeto adicional es aquel de hacer disponible un procedimiento para la construcción de biorreactores, los cuales puedan activarse y con producción continua de biogás de manera intensiva para uso energético.
\newpage
Aún otro objeto adicional es aquel de permitir una inertización completa de los materiales al final de la vida de los biorreactores con posible recuperación de los residuos y del área ocupada por los mismos biorreactores.
Estos objetos y otros que van a explicarse con mayor detalle en la presente memoria descriptiva a continuación se logran mediante un procedimiento y mediante un proceso que considera el ciclo de vida completo de los residuos e integra tecnologías conocidas con nuevas tecnologías capaces de finalizar el mismo ciclo de vida.
El procedimiento constituye por lo tanto una alternativa al sistema tradicional de combustión de incineradores de RSM y de combustibles derivados de los mismos y su vertido en un vertedero.
El procedimiento se aplica a materias primas bioestabilizadas y a tipos refinados (CS, CDB) descritos en las patentes anteriormente mencionadas, y logra sus objetivos a través de la introducción en el procedimiento de tratamiento de la separación fluido-dinámica del plástico y materiales celulósicos y a través del uso de biorreactores para procesar los materiales con valor de calor bajo.
En referencia a la Figura 1,aplicado a materias primas bioestabilizadas, el proceso se puede esquematizar como sigue:
a)
Bioestabilización por el procedimiento de los BIOCUBOS con el objetivo de convertir RSM en un material seco y homogéneo, con un tamaño de aproximadamente 20-30 cm, fácilmente tratable.
b)
Después del tamizado del material bioestabilizado para eliminar los finos y residuos tamizados, una separación fluido-dinámica con una máquina especial que aspira material suspendido en el aire compuesto por plástico y papel y lo recupera en un área sin corrientes de la que se toma y que, una vez molido hasta un tamaño de 2-3 cm, constituye la calidad conocida como CDB o CS con elevado valor de calor. El material pesado no entra y se extrae, y el polvo se filtra del aire de entrada.
c)
Los residuos tamizados, material pesado y polvo de la etapa anterior se comprimen en balas y se disponen de una manera ordenada en biorreactores que, una vez llenos, pueden cerrarse herméticamente y activarse por agua de alimentación para producir biogás. La producción de biogás es particularmente eficaz en comparación con aquella que se puede obtener en un vertedero convencional debido a la particular naturaleza del material previamente digerido aeróbicamente por el procedimiento de BIOCUBOS y debido a la presencia reducida de elementos orgánicos no biodegradables. Las dimensiones de los biorreactores y los tiempos para completar el proceso anaerobio se reducen y resulta posible combinar una serie de biorreactores que aseguren una producción de biogás continua en el tiempo.
d)
Después de la producción de biogás el biorreactor se convierte aeróbicamente de modo que se seca y se estabiliza, y el espacio y material residual se recubre si fuera necesario.
Alternativamente es posible llevar a cabo una separación de las fracciones con un valor de calor alto de CS según el diagrama de la Figura 2.
El diagrama se simplifica ya que algunas de las operaciones se llevan a cabo como una parte de la producción de CS y en particular engloba:
a)
Producción de CS a través de bioestabilización, tamizado, molienda y retirada de metales tal y como se describe en el documento IT-A-1283805. De este modo se obtienen aproximadamente 50 kg de CS de tamaño reducido a 2-3 cm a partir de 100 kg de RSM, con un valor de calor de aproximadamente 4000 kcal/kg.
b)
Separación fluido-dinámica con un sistema de aspiración similar a aquel del diagrama de la Figura 1, operando todavía en condiciones más controladas y suaves, y siendo capaz de enriquecer en la fracción de plástico con separación de polvo y materiales pesados.
c)
Compactación de los materiales pesados y el polvo con los residuos tamizados de la producción de CS, su disposición en los biorreactores y activación para la producción anaerobia de biogás.
d)
Agotado del biorreactor, soplado o aspirado del aire y recuperación del biorreactor y de los materiales contenidos en el mismo.
Los diagramas de las Figuras 1 y 2 son ejemplos y pueden modificarse añadiendo otras operaciones, y/o el reciclado de materiales, biosecado, clasificación de los plásticos y el papel y refinado de los residuos de biogás en biorreactores cerrados herméticamente de alto rendimiento resultan esenciales para el propósito de la presente invención.
El biosecado se describe de forma extensiva en las patentes anteriormente mencionadas, y su función es secar y estabilizar los residuos, permitiendo la clasificación de materiales y la producción de sustratos particularmente reactivos con posible activación para la digestión anaerobia en los biorreactores.
La clasificación de los materiales se lleva a cabo en un equipo de aspiración como por ejemplo aquel representado de forma esquemática en la Figura 3.
Los materiales que constituyen las materia primas o el material refinado biosecado se alimentan en el interior de la cámara 1 donde el material ligero y el polvo entran por la corriente de aire que circula desde el exterior desde las puertas de entrada mientras que los materiales pesados se extraen desde la base.
La corriente de aire con los materiales introducidos es aspirada hacia el interior de una cámara de sedimentación 2 por el ventilador 3.
Los sólidos brutos se sedimentan y se extraen de la base de dicha cámara de sedimentación mientras el ventilador 3 aspira las partículas más finas formadas por materiales orgánicos e inertes y las envía para ser filtradas.
El número de revoluciones del ventilador 3 se controla con el fin de variar la tasa de flujo, y de ese modo la velocidad del aire aspirado, y asegurar una recuperación máxima de la fracción con LHV más elevado, eso quiere decir de la de plástico, incluso si va acompañada por una parte significativa del papel y materiales celulósicos alimentados.
Como habrá quedado claro a partir de los ejemplos de la solicitud, las condiciones de trabajo y eficacia de separación dependen de la naturaleza del material base, tanto si es biosecado o CS.
En base a 100 kg de RSM del tipo mostrado en la Tabla 1, es posible obtener 20-35 kg de CS de calidad con un LHV de aproximadamente 4500-5500 kcal/kg y 35-45 kg de residuos orgánicos para ser enviados a los biorreactores.
La parte residual consta principalmente de un componente biológicamente inactivo no digerible y biodegradable, teniendo un contenido en agua insuficiente para llevar a cabo el proceso.
La idea de la presente invención es aquella de degradar este componente de un modo confinado y controlado con el fin de reducir su volumen, eliminando un potencial impacto medioambiental y produciendo al mismo tiempo una cierta cantidad de energía renovable.
Este componente, colocado en el interior del reactor en cubetas preparadas especialmente para atrapar el biogás producido, se "activará" con agua hasta alcanzar en masa un 45% de humedad requerida para iniciar los procesos de digestión biológica del tipo anaerobio con una cinética óptima.
El uso del agua puede reducirse con el tiempo, sustituyéndolo con el percolato producido.
Estos procesos conducen a una producción total de biogás de aproximadamente 250 Nm^{3}/t de sustancia degradable, para ser distribuida durante los seis años de actividad del biorreactor con una reducción exponencial.
Este valor es de aproximadamente el doble que el referido al tonelaje de RSM, habiendo retirado el plástico y una parte de los productos relativamente no degradables, y el volumen del biorreactor se reduce con eficacia más alta.
La producción de biogás acarrea necesariamente volatilización de una parte del contenido orgánico presente que permite una reducción en la masa enviada al biorreactor de un 17% el primer año, el cual se reduce de forma gradual hasta un 3% el 6º año. En total la masa se reduce aproximadamente en un 50%.
El metano producido en la descomposición anaerobia es solamente el producto final en una cadena de degradación compuesta por numerosos componentes orgánicos.
Con el fin de eliminar completamente estos componentes y establecer definitivamente el residuo acumulado, debe insuflarse aire en el interior de la masa durante el séptimo año después de la deposición.
Este procedimiento va a tener lugar usando las líneas de atrapamiento de gas, insuflando aire de un modo pulsado y al mismo tiempo aspirando en los intervalos entre los pulsos.
Este procedimiento, además de eliminar el componente anaerobio residual, provocará una elevación de la temperatura de la propia masa y la eliminación de la mayoría del agua (70%) añadida en el momento de la bioactivación. Se estima que la masa residual se reduce en otro 2%.
Al final del procedimiento de activación anaerobia/aerobia la masa se reducirá en un 52% en relación a la cantidad de residuo orgánico acumulado inicialmente.
El residuo que queda constará principalmente de componentes inertes y de un residuo orgánico humidificado capaz de complejar los metales presentes y evitar su sedimento.
Este residuo será fácil también de tamizar, y una cantidad del mismo -que puede estimarse en un 5-10%- puede reutilizarse como CDB con el fin de reducir su volumen aún más.
La reducción total en masa, y por lo tanto también en volumen, acarreará como resultado el doble de la capacidad de depósito planeada originalmente del foso.
La recuperación de energía eléctrica obtenida a través de combustión del biogás en motores de combustión interna es significativa también y, sumada a la recuperación de energía asegurada por el uso de CS de calidad, por ejemplo en fábricas de cemento, proporciona un valor energético total muy interesante y uno de los más altos posibles.
Si el espacio destinado para un vertedero convencional es para usarse como biorreactor, se requieren algunos cambios técnicos.
En este caso, en primer lugar los sectores deberían separarse necesariamente en 2 o más subsectores con el fin de facilitar el manejo del proceso del biorreactor y con el objetivo de activar los biorreactores secuencialmente en el tiempo para dar una producción continua de biogás.
La Figura 4 muestra una sección vertical de una secuencia de biorreactores que puede lograrse en el tiempo, típicamente cada seis meses o un año, con la producción del residuo orgánico recubierto por la lámina impermeable 1.
El sistema de drenaje para el control del hermetismo de la lámina 2, establecido para la recuperación del percolato, también se usa de manera simultánea para atrapar el biogás con un sistema de cierre hidráulico.
Durante la disposición de los residuos comprimidos en balas, red de tuberías ranuradas 4 se dispone horizontalmente en un modelo subhorizontal, similar a aquel dispuesto sobre la base 5, aproximadamente a medio camino sobre la capa extendida. Después del depósito y llenado de la cubeta, red de tuberías ranuradas 3 se dispone horizontalmente en la capa de regularización sobre la superficie de los residuos antes de la disposición horizontal de la lámina de recubrimiento final.
Todos los sistemas mencionados anteriormente están conectados a la unidad para la regulación y aspiración del biogás 6.
Con el fin de lograr una humidificación excelente de los residuos de modo que pueda llevarse a cabo el proceso de biodegradación y posterior producción significativa de de biogás, la serie de tuberías acopladas 3 dispuesta en la superficie de la capa de regularización se usa para inyectar el agua y/o recircular el percolato con el propósito de la activación y control del proceso.
Tal y como se ha mencionado anteriormente, una vez que la fase aerobia ha finalizado, los diferentes sistemas de tuberías descritos anteriormente se usan para insuflar aire y restaurarlas condiciones aerobias y estabilizar definitivamente el residuo acumulado.
Puede usarse biogás, de forma similar a CS de calidad, en un sistema de combustión para la producción de energía calorífica y/o eléctrica o en fábricas de cemento.
Puede usarse por ejemplo para integrar los combustibles de plantas termoeléctricas o para elevar el contenido en calor de la corriente en plantas de incineración de residuos en lugar de combustibles convencionales, obteniendo rendimientos termoeléctricos superiores al 30%.
Puede usarse de manera ventajosa en motores de combustión interna, posiblemente móviles y equipados con un alternador para la producción de energía eléctrica que puede usarse en el sitio o ser alimentada en el interior de la red de distribución con rendimientos eléctricos de aproximadamente un 35-40%.
Los resultados obtenidos con la presente invención se dan en los siguientes ejemplos de aplicación basados en la experiencia de plantas industriales de biosecado, en experimentos en la separación de plásticos a partir de material biosecado y CS y en análisis de campo sobre vertederos disponibles.
Ejemplo 1
En referencia a RSM como por ejemplo aquello dado en la Tabla 1 y representado en el diagrama de bloques de la Figura 1, estos residuos se procesan en una planta de BIOCUBOS capaz de servir a un conjunto de usuarios con una producción de 60.000 t/a.
Se obtienen aproximadamente 72 kg de material biosecado con la composición mostrada en la Tabla 2 a partir de 100 kg de RSM.
Para lograr una humedad residual de un 19%, estabilizar los residuos y preparar la parte orgánica degradable para digestión anaerobia, solamente se consume un 5% de la energía originalmente presentada en los RSM.
TABLA 2 Material biosacado a partir de RSM de la Tabla 1
3
El material biosecado se introduce en la máquina de aspiración descrita en la Figura 3, a partir de la cual, para 100 kg de RSM se obtienen 33 kg de CS de calidad, componiéndose aproximadamente un 90% de plástico y papel con un contenido en cenizas reducido y elevado LHV tal y como se muestra en la Tabla 3.
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TABLA 3 CS de calidad a partir del material biosacado
4
Los 39 kg de residuos, compuestos por material pesado y fino que no sedimenta en la máquina de aspiración, tiene un elevado contenido en cenizas y en material orgánico que puede activarse, y un bajo LHV, Tal y como se muestra en la Tabla 4.
Este material tiene un valor bajo como combustible todavía, comprimido en balas, puede colocarse provechosamente en un biorreactor para la producción de biogás el cual, aproximadamente un 50% está compuesto por metano, tiene un LHV de aproximadamente 4400 kcal/Nm^{3}, está libre de cenizas y puede ser alimentado directamente en motores de combustión interna con rendimientos termoeléctricos de entre un 35 y un 40%.
TABLA 4 Residuo que puede activarse
6
Para el conjunto de usuarios de 60.000 t/año de RSM que tienen un contenido en calor de 1,34.10^{11} kcal/año, se producen aproximadamente 20.000 t/año con un contenido de 9,0.10^{10} kcal/año, igual a un 67% de la energía original.
Las 23.000 t/año de residuo comprimido en balas con una densidad de 700 kg/m^{3} ocupan un volumen de aproximadamente 33.000 m^{3} y éste puede ser el volumen del primer biorreactor que se va a llenar el primer año y comenzar la producción de biogás el año siguiente durante el llenado del segundo biorreactor y así sucesivamente según el diagrama de la Figura 4.
La estimación de la producción teórica de biogás es del orden de 260 Nm^{3}/t de material degradable, y se ha observado que el material tratado de este modo, una vez humedecido con una humedad de aproximadamente un 45%, ha aumentado la actividad con producción reducida de percolato.
Con una vida del reactor de seis años, parece posible explotar un 70% del biogás teórico con una producción total de 2,36.10^{6} Nm^{3} igual a 1,98.10^{10} kcal, un 15% de la energía original contenida en los RSM.
De este modo hasta un 82% de la energía de los RSM se usa en un nivel de energía y con un contenido de contaminantes tal que permita su uso en aplicaciones industriales y energéticas con un rendimiento más elevado.
Al final de la vida el biorreactor tiene un contenido de material que es de aproximadamente un 50% en peso del valor inicial y por lo tanto del mismo orden de magnitud que las cenizas descargadas por un incinerador de RSM convencional.
El material de residuo orgánico en el biorreactor se trata con aire para oxidar los compuestos del mal olor y para ser biosecado y bioestabilizado.
Este material, a diferencia de las cenizas en el incinerador, no requiere una atención especial durante el manejo y depositado, y por lo tanto puede clasificarse adicionalmente para la recuperación de los residuos de plástico, metales y sustratos inertes explotados en la agricultura.
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Ejemplo 2
El diagrama de la Figura 2 representa un procedimiento que usa, como alternativa al material bioestabilizado, el CS refinado obtenido industrialmente del mismo a través de tamizado, molienda fina y retirada de metales.
Por lo tanto, se llevaron a cabo una serie de pruebas sobre este producto refinado, usado habitualmente en incineradores de lecho fluidizado, en el prototipo de máquina de separación fluido-dinámica de la Figura 3, con el fin de determinar sus rendimientos para el propósito de de CS de calidad.
Las propiedades del CS usado son un tamaño medio de partícula de aproximadamente 3 cm, homogeneidad y valor de calor elevado y una composición tal y como se muestra en la Tabla 5.
CS representa un 47% en peso y un 79% de la energía contenida en los RSM originales habiendo eliminado ya del material biosecado durante el tamizado una fracción conocida de un 21% como residuos tamizados y la mayor parte de los metales.
TABLA 5 Composición de CS
7
Se observó un funcionamiento muy regular del sistema de alimentado y de la máquina de aspiración completa, la cual opera a bajas velocidades y con bajas tasas de flujo de aire.
El producto recuperado en la cámara de sedimentación representa aproximadamente un 23-24% en peso y un 56% en energía de los RSM originales, tiene un elevado contenido en plástico y un LHV cerca de aquel de un combustible convencional tal y como se muestra en la Tabla 6.
Las fracciones residuales compuestas por los residuos tamizados rechazados en la producción de CS, los materiales pesados no aspirados por la máquina de separación y el material ligero retenido por filtración del aire se combinan en un único residuo orgánico cuya composición estimada en equilibrio es del tipo mostrado en la Tabla 7.
TABLA 6 CS de calidad a partir de RSM
8
Este residuo orgánico representa aproximadamente un 44% de los RSM originales y es significativamente más rico que aquel del caso anterior, sobre todo debido al elevado contenido en papel y materiales celulósicos.
Habiendo sido sometido después a molienda durante la producción de CS, se espera una mayor reactividad en la fase posterior de la digestión anaerobia.
TABLA 7 Residuo orgánico
9
La producción teórica de biogás es mayor y aproximadamente 300 Nm^{3}/t de residuo debido al contenido más alto de fracción degradable.
Sin embargo, no se vieron diferencias apreciables en la reactividad en comparación con la del caso anterior, posiblemente debido a una mayor inercia del papel en comparación con la degradación anaerobia.
La principal ventaja es todavía aquella del LHV elevado del CS de calidad y la capacidad de procesado mejorada del material con una planta ligeramente más compleja y biorreactores de mayor tamaño.
En ambos casos, se obtiene la explotación de la mayoría de la energía original contenida a un nivel bajo en los residuos.
Las desventajas de la incineración convencional se eliminan también, como por ejemplo bajos rendimientos termoeléctricos y la producción de escoria y cenizas, las cuales deben ser tratadas y vertidas.
El procedimiento descrito con el uso del biorreactor no provoca impacto medioambiental durante su llenado y durante su funcionamiento y el material producido no son residuos pero pueden retornar al ciclo natural.

Claims (11)

1. Procedimiento para la producción de energía natural a partir de residuos sólidos municipales (RSM), que comprende las siguientes fases:
a)
bioestabilizacion para transformar los RSM en un material seco y homogéneo que sea fácil de manipular;
b)
separación fluido-dinámica de una fracción rica en materiales con valor de calor elevado constituyendo el denominado CS (combustible secundario) de calidad;
c)
compactación del residuo rico en sustancias biodegradables e inertes, y almacenamiento en biorreactores que pueden cerrase herméticamente y activarse;
d)
activación de los biorreactores con agua y su funcionamiento en el tiempo durante digestión aerobia para la producción de biogás;
e)
bioestabilizacion y deshidratación del material residual del tratamiento anerobio de los biorreactores con aire;
f)
posible recuperación de los materiales producidos de este modo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en dicha separación fluido-dinámica los materiales suspendidos se aspiran, compuestos por plástico y papel, formando dicho CS de calidad, mientras que los materiales pesados no se introducen y se extraen, y el polvo se filtra por el aire de entrada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que se prevé una fase de tamizado del material biosecado corriente arriba de dicha fase de separación para eliminar los materiales finos y residuos tamizados, y una fase de molienda, hasta un tamaño de 2-3 cm corriente abajo de la misma.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que corriente arriba de dicha separación fluido-dinámica, se prevén una fase de tamizado para eliminar el material fino y los residuos tamizados y una fase de molienda hasta un tamaño de 2-3 cm y retirada de metales para la producción de CS.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el residuo alimentado en el interior de los biorreactores contiene residuos tamizados, materiales pesados y polvo.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, llegado el momento del agotamiento del biorreactor, dichos materiales posiblemente recuperados son plástico, metales y materiales inertes.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en dicha fase e), llegado el momento del agotamiento del biorreactor, se insufla aire dentro de la masa de un modo pulsado y aspirando de forma simultánea en los intervalos entre pulsos.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha separación fluido-dinámica tiene lugar alimentando materias primas o el material refinado biosecado en el interior de una cámara (1) donde se extraen los materiales pesados de la base, mientras que los materiales ligeros y el polvo se introducen por una corriente de aire aspirado en una cámara de sedimentación (2) mediante un ventilador (3), sedimentándose los sólidos gruesos y extrayéndose de la base de dicha cámara de sedimentación, mientras que el ventilador (3) aspira las partículas finas compuestas por materiales orgánicos e inertes y se envían para ser filtradas.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos biorreactores, que contienen la masa de residuos compactados en una lámina impermeable, comprende una red de tuberías ranuradas (5) colocadas sobre la base, al menos una red intermedia de tuberías ranuradas (4) y una red superior de tuberías ranuradas (3), todas conectadas a una unidad (6) para la regulación y aspiración del biogás.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dichas redes de tuberías (3), se usan para inyectar el agua para humedecer los residuos y para poner en marcha el proceso de biodegradación, y para recircular el percolato.
11. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, en el que dichas redes de tuberías se usan para insuflar aire dentro de la masa, tras el agotamiento del biorreactor.
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