ES2802876A1 - Process of revaluation of liquid or pasty waste with a high organic carbon content (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Proceso de revalorización de residuos líquidos o pastosos con alto contenido en carbono orgánicoProcess of revaluation of liquid or pasty waste with high organic carbon content
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La presente invención pertenece al campo técnico de la ingeniería química aplicada al medioambiente. En particular al tratamiento y revalorización de residuos líquidos con elevado contenido de carbono orgánico total y a la obtención de productos para remediación ambiental de elevado valor añadido a partir de dichos residuos.The present invention belongs to the technical field of chemical engineering applied to the environment. In particular, to the treatment and revaluation of liquid waste with a high content of total organic carbon and to the obtaining of products for environmental remediation of high added value from said waste.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
El alpechín o amurca es un subproducto líquido oscuro de sabor muy amargo con diversas sustancias disueltas y en suspensión, que resulta de la presión de la aceituna durante el proceso de extracción de aceite de oliva.The vegetable water or amurca is a dark liquid by-product with a very bitter taste with various dissolved and suspended substances, which results from the pressure of the olive during the olive oil extraction process.
El alpechín es un producto muy contaminante debido, entre otras razones, a su elevado contenido en materia orgánica. Tradicionalmente se vertía en los cauces de los ríos o al alcantarillado, práctica que es hoy en día inaceptable desde el punto de vista medioambiental y legal. En la actualidad el alpechín debe ser depurado o tratado antes de ser vertido.Vegetable water is a very polluting product due, among other reasons, to its high content of organic matter. Traditionally, it was discharged into river beds or into the sewers, a practice that is today unacceptable from an environmental and legal point of view. Currently, vegetable water must be purified or treated before being dumped.
La composición media aproximada de los alpechines es de entre el 80 y 95% en peso de agua, de entre 5 y 20% en peso de materia orgánica y de entre 0.5 y 2% en peso de minerales.The approximate average composition of vegetable water is between 80 and 95% by weight of water, between 5 and 20% by weight of organic matter and between 0.5 and 2% by weight of minerals.
La materia orgánica contiene grasas, polisacáridos y sustancias nitrogenadas, así como ácidos orgánicos, pectinas, mucílagos, taninos y polifenoles. Es justamente la presencia de polifenoles lo que le confiere al alpechín un potente efecto fitotóxico, bactericida y también le proporciona su color.Organic matter contains fats, polysaccharides and nitrogenous substances, as well as organic acids, pectins, mucilages, tannins and polyphenols. It is precisely the presence of polyphenols that gives vegetable water a powerful phytotoxic, bactericidal effect and also gives it its color.
Su alta carga orgánica de sólidos disueltos y en suspensión, convierte al alpechín en un contaminante; cuando se vierte en un cuerpo de agua, la descomposición de la materia orgánica aumenta la demanda de oxígeno, pudiendo llegar a sofocar a la fauna acuática.Its high organic load of dissolved and suspended solids makes vegetable water a pollutant; When it is poured into a body of water, the decomposition of organic matter increases the demand for oxygen, which can suffocate the aquatic fauna.
Dependiendo de la almazara, el sistema de producción de aceite puede constar de dos o tres etapas. Si es de tres etapas, inicialmente se obtiene orujo, que es una mezcla de huesos de aceituna, pieles y carne, y que es reutilizable. En una etapa posterior, se obtiene un líquido bifásico que contiene alpechín y aceite de oliva, el cual se separa mediante decantación o centrifugación. Si la almazara es de dos etapas, por un lado, se obtiene el aceite de oliva y por otro una pasta denominada alperujo, que contiene una mezcla de orujo y alpechín.Depending on the mill, the oil production system can consist of two or three stages. If it is of three stages, initially pomace is obtained, which is a mixture of olive pits, skins and meat, and which is reusable. In a later stage, a biphasic liquid is obtained that contains vegetable water and olive oil, which is separated by decantation or centrifugation. If the mill is in two stages, on the one hand, the olive oil is obtained and on the other a paste called alperujo, which contains a mixture of pomace and vegetable water.
En la actualidad, muchas empresas vierten los alpechines a ríos cercanos, como por ejemplo el rio Guadaira, uno de los ríos más contaminados de Europa. En 1981 se prohibieron en España los vertidos de alpechines y se subsidió la construcción de balsas para su almacenamiento durante las campañas de molturación. Aquí, una vez reducido su contenido de agua, se puede retirar en forma de lodo para su disposición final.Currently, many companies dump vegetable water into nearby rivers, such as the Guadaira river, one of the most polluted rivers in Europe. In 1981, the dumping of vegetable water was prohibited in Spain and the construction of ponds for storage during the milling campaigns was subsidized. Here, once its water content has been reduced, it can be removed as a sludge for final disposal.
Como el alpechín es un producto muy contaminante, en la actualidad se están llevando a cabo estudios para dar salida a las cada vez mayores cantidades de esta sustancia que se obtienen del proceso de obtención de aceite de oliva. Según el estado de la técnica y las publicaciones relacionadas con este tema, el alpechín o el alperujo puede:As vegetable water is a highly polluting product, studies are currently being carried out to release the increasing amounts of this substance that are obtained of the process of obtaining olive oil. According to the state of the art and the publications related to this topic, vegetable water or alperujo can:
• Depurarse en plantas depuradoras, sin obtener ningún beneficio del proceso.• Purification in treatment plants, without obtaining any benefit from the process.
• Utilizarse como fuente de energía, como en las plantas de Baena y Cabra, en Andalucía. El beneficio económico de esta operación es reducido, incluso cuestionable.• Be used as a source of energy, as in the Baena and Cabra plants in Andalusia. The economic benefit of this operation is small, even questionable.
• Utilizarse como fertilizante y/o pesticida, aunque este uso es puntual y no consume una mínima parte del alpechín generado.• Be used as a fertilizer and / or pesticide, although this use is occasional and does not consume a minimum part of the vegetable water generated.
• Utilizarse como agua para regar plantas que no se vean perjudicadas por el alpechín.• Be used as water to water plants that are not damaged by vegetable water.
También constituye un volumen de uso muy reducido.It also constitutes a very small volume of use.
• Utilizarse para elaborar biocombustibles.• Used to make biofuels.
• Una vez fermentado y tratado, se pueden producir bioplásticos, con un proceso en fase experimental desarrollado por el Instituto del Agua de la Universidad de Granada.• Once fermented and treated, bioplastics can be produced, with an experimental phase process developed by the Water Institute of the University of Granada.
Los anteriores sistemas de revalorización o tratamiento de los alpechines y alperujos, o bien representan un volumen de uso insuficiente con respecto al volumen de alpechines y alperujos generado, o bien implican un reducido o nulo beneficio económico, con lo que no se consigue aprovechar económicamente o revalorizar estos residuos, o bien están en fase experimental de laboratorio, lo que implica que no es una opción práctica o económicamente viable.The previous systems of revaluation or treatment of vegetable water and alperujos, either represent an insufficient volume of use with respect to the volume of vegetable water and alperujos generated, or they imply a reduced or null economic benefit, with which it is not possible to take advantage of economically or revalue these residues, or they are in the experimental laboratory phase, which implies that it is not a practical or economically viable option.
Descripción resumida de la invenciónSummary description of the invention
De acuerdo con un primer aspecto de la invención se aporta un proceso industrial de tratamiento y revalorización de un residuo líquido o pastoso con un contenido en materia orgánica de entre 5 y 30% en peso que comprende:According to a first aspect of the invention, an industrial process for the treatment and revaluation of a liquid or pasty waste with an organic matter content of between 5 and 30% by weight is provided, comprising:
• la adición de una cantidad de dicho residuo a un reactor con sistema de agitación y de calefacción;• adding a quantity of said residue to a reactor with stirring and heating system;
• la adición de una o varias sales de hierro a dicho reactor, en una proporción referente al residuo que va desde 0.04 a 0.3 moles de hierro por mol de carbono del residuo;• the addition of one or more iron salts to said reactor, in a proportion relating to the residue ranging from 0.04 to 0.3 moles of iron per mole of carbon in the residue;
• la calefacción de los contenidos del reactor hasta una temperatura de entre 180 a 300°C, una vez cerrado el reactor;• heating the reactor contents to a temperature between 180 to 300 ° C, once the reactor is closed;
• el mantenimiento de dicha calefacción del reactor, bajo presión autógena, durante un periodo de entre 0.5 a 5 horas durante el cual los contenidos del reactor son homogeneizados por el sistema de agitación del reactor;• maintaining said reactor heating, under autogenous pressure, for a period of between 0.5 to 5 hours during which the reactor contents are homogenized by the reactor stirring system;
• la retirada del contenido del reactor que incluye nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono.• the removal of the contents of the reactor that includes carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles.
Con el proceso industrial descrito anteriormente se obtienen nanopartículas de hierro cerovalente encapsuladas en carbono (CE-nZVI), que son un material de alto valor añadido producido a partir de un residuo contaminante de alto contenido en materia orgánica. Un proceso como el anterior también se conoce como carbonización hidrotérmica (HTC).With the industrial process described above, carbon-encapsulated zerovalent iron nanoparticles (CE-nZVI) are obtained, which are a material with high added value produced from a polluting waste with a high content of organic matter. A process like the above is also known as hydrothermal carbonization (HTC).
El proceso descrito anteriormente es una solución al presente problema de los residuos con muy elevada carga orgánica, ya que se consigue aprovechar dichos residuos para la obtención de un producto de alto valor e interés comercial y medioambiental, con un bajo coste de producción debido a que la materia prima es un residuo y a que la carbonización hidrotérmica tiene unos requerimientos energéticos moderados en comparación con otros procesos. Por lo tanto, se revaloriza un residuo que presenta un gran problema medioambiental. Además, cabe mencionar que, al realizarle este tratamiento a dichos residuos, operando en las condiciones adecuadas, se puede reducir al menos un 40% el carbono total, se aumenta al menos un 10% su biodegradabilidad y se reduce su fitotoxicidad, de forma que podría ser tratado en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs).The process described above is a solution to the present problem of waste with a very high organic load, since it is possible to take advantage of said waste to obtain of a product of high value and commercial and environmental interest, with a low production cost due to the fact that the raw material is a waste and that hydrothermal carbonization has moderate energy requirements compared to other processes. Therefore, a waste that presents a great environmental problem is revalued. In addition, it is worth mentioning that, by performing this treatment on said waste, operating under the appropriate conditions, the total carbon can be reduced by at least 40%, its biodegradability is increased by at least 10% and its phytotoxicity is reduced, so that It could be treated in wastewater treatment plants (WWTPs).
Actualmente se producen tanto nano- como micropartículas de hierro cero valente (ZVI), la diferencia con las CE-nZVI reside en que las ZVI no están encapsuladas en una matriz de carbono y en los métodos de producción, pues las ZVI no se producen mediante HTC. El método de producción de ZVI más común es la reducción de sales de hierro mediante borohidruro de sodio, también conocido como precipitación reductiva en medio acuoso, el cual es muy simple debido a que se realiza a presión y temperatura ambiente y a que no requiere de equipos complejos para llevarse a cabo. También existen otros métodos de producción como la molienda o litografía, que consiste en el fraccionamiento de partículas de tamaño milio micrométrico hasta obtener partículas de tamaño nanométrico, y los procesos electroquímicos, los cuales todavía se encuentran a escala de laboratorio.Currently, both nano- and microparticles of zero-valent iron (ZVI) are produced, the difference with CE-nZVI resides in that the ZVI are not encapsulated in a carbon matrix and in the production methods, since the ZVI are not produced by HTC. The most common ZVI production method is the reduction of iron salts by means of sodium borohydride, also known as reductive precipitation in aqueous medium, which is very simple because it is carried out at room temperature and pressure and does not require equipment. complexes to be carried out. There are also other production methods such as milling or lithography, which consists of the fractionation of milli-micrometer size particles to obtain nano-size particles, and electrochemical processes, which are still on a laboratory scale.
Cabe mencionar que el coste de producción de las ZVI mediante la reducción de sales de hierro mediante borohidruro de sodio es elevado debido al alto precio del borohidruro de sodio, el cual además es tóxico, y es difícil de implementar a gran escala. Como producto de la reacción se producen cantidades elevadas de hidrógeno, y tras la síntesis son necesarias varias etapas de lavado de las nanopartículas sintetizadas con el objeto de eliminar los restos del borohidruro, el cual se aplica en exceso para la reacción. Por tanto, actualmente la producción a escala industrial de ZVI se lleva a cabo mediante la reducción de óxidos de hierro a alta temperatura, el cual es más fácil de escalar, pero por el contrario exhibe costes de implementación muy elevados; por lo que, el coste actual de las ZVI ronda entre los 60-190 $/kg.It is worth mentioning that the production cost of VIZs by reducing iron salts using sodium borohydride is high due to the high price of sodium borohydride, which is also toxic, and is difficult to implement on a large scale. As a product of the reaction, high amounts of hydrogen are produced, and after the synthesis, several washing steps of the synthesized nanoparticles are necessary in order to eliminate the remains of the borohydride, which is applied in excess for the reaction. Therefore, currently the industrial scale production of ZVI is carried out by reducing iron oxides at high temperature, which is easier to scale, but on the contrary exhibits very high implementation costs; Therefore, the current cost of VIZs is around $ 60-190 / kg.
Las CE-nZVI obtenidas mediante el proceso descrito más arriba tienen varias aplicaciones, tales como donante de electrones en un proceso de producción de biogás por bacterias metanogénicas a través de la generación de hidrógeno por oxidación de agua, la cual se suele hacer a partir de residuos, aumentando su contenido en metano; el tratamiento de aguas y suelos contaminados para su descontaminación de pesticidas, productos farmacéuticos, metales y compuesto sulfurados, entre otros contaminantes; la fabricación de electrodos para pilas de combustible; como material de relleno en filtros de aire o de líquidos; en la producción de fertilizantes; en las reacciones de oxidación avanzada como la Fenton, la foto-Fenton y sono-Fenton, entre otras, debido a la sustitución del comúnmente sulfato ferroso empleado como aporte de iones de hierro; en la producción de biohidrógeno; en la eliminación de malos olores debido a su interacción con los compuestos derivados del azufre como el sulfhídrico (SH2) mediante su adsorción; en el tratamiento de suelos y aguas contaminadas por metales, compuestos orgánicos clorados (pesticidas) y aniones inorgánicos (compuestos farmacéuticos); la producción de biogás, tanto en cantidad como en calidad (mayor % CH4), reduciendo así las emisiones de CO2 y generando ayudando en la generación de energía renovable; en la eliminación o extracción compuestos sulfurados.The CE-nZVI obtained through the process described above have several applications, such as electron donor in a biogas production process by methanogenic bacteria through the generation of hydrogen by oxidation of water, which is usually made from waste, increasing its methane content; the treatment of contaminated water and soils for their decontamination of pesticides, pharmaceutical products, metals and sulfur compounds, among other contaminants; the manufacture of electrodes for fuel cells; as a filler material in air or liquid filters; in the production of fertilizers; in advanced oxidation reactions such as Fenton, photo-Fenton and sono-Fenton, among others, due to the substitution of the commonly used ferrous sulfate as a contribution of iron ions; in the production of biohydrogen; in the elimination of bad odors due to its interaction with compounds derived from sulfur such as hydrogen sulfide (SH2) through its adsorption; in the treatment of soils and water contaminated by metals, chlorinated organic compounds (pesticides) and inorganic anions (pharmaceutical compounds); the production of biogas, both in quantity and quality (higher% CH4), thus reducing CO2 emissions and generating helping in the generation of renewable energy; in the removal or extraction of sulfur compounds.
Además, se obtiene un subproducto con un contenido reducido en materia orgánica que presenta unos efectos contaminantes mucho menores que el residuo de partida y que es posible verter directamente al sistema de alcantarillado para que sea tratado en estaciones de aguas residuales (EDARs), siempre que se cumpla la legislación de vertidos correspondiente. In addition, a by-product is obtained with a reduced content of organic matter that presents much lower polluting effects than the initial waste and that can be dumped directly into the sewage system to be treated in wastewater stations (WWTPs), provided that the corresponding discharge legislation is complied with.
El proceso descrito es económicamente más rentable, es decir, tiene un coste mucho menor respecto a los métodos actuales de producción de nanopartículas de hierro y entra dentro del concepto de la economía circular, haciendo que la producción de aceite de oliva, otros aceites e incluso las granjas, principales generadores de residuos de elevada carga orgánica, puedan ser más respetuosas con el medioambiente y, por ende, más sostenibles.The process described is economically more profitable, that is, it has a much lower cost compared to current methods for the production of iron nanoparticles and falls within the concept of the circular economy, making the production of olive oil, other oils and even farms, the main generators of highly organic waste, can be more respectful with the environment and, therefore, more sustainable.
Es de destacar que los moles de carbono en el residuo se obtienen mediante un análisis elemental de dicho residuo, mediante cualquiera de las técnicas analíticas disponibles en el estado de la técnica, como, por ejemplo, con un analizador elemental HCS de carbono, hidrógeno y azufre.It is noteworthy that the moles of carbon in the residue are obtained by elemental analysis of said residue, using any of the analytical techniques available in the state of the art, such as, for example, with a HCS elemental analyzer for carbon, hydrogen and sulfur.
Preferiblemente, la adición de una o varias sales de hierro a dicho reactor es en una proporción referente al residuo de 0.05 moles de hierro por mol de carbono del residuo; la calefacción de los contenidos del reactor hasta una temperatura de 225°C; y el mantenimiento de dicha calefacción del reactor durante un periodo de 3 horas durante el cual los contenidos del reactor son homogeneizados por el sistema de agitación del reactor. Con estas condiciones de trabajo se obtiene una reducción de al menos un 40% en peso del contenido en materia orgánica del residuo de partida, se aumenta un 10% la biodegradabilidad y reducir la fitotoxicidad del subproducto obtenido con respecto al residuo inicial, con lo que puede ser tratado en las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) y se consigue un área superficial de las nanopartículas de hierro cero-valente de alrededor de 190 m2/g, calculado mediante el análisis BET, lo cual es un valor significativamente mayor que el obtenido con otras condiciones distintas. La mayor área superficial permite que el contenido de hierro de las nanopartículas se aproveche mejor en las diversas aplicaciones de las CE-nZVI, con lo cual la cantidad requerida para alcanzar un efecto determinado será menor y, por consiguiente, el tratamiento o la aplicación se puede conseguir a un menor coste.Preferably, the addition of one or more iron salts to said reactor is in a proportion relative to the residue of 0.05 moles of iron per mole of carbon in the residue; heating the reactor contents to a temperature of 225 ° C; and maintaining said reactor heating for a period of 3 hours during which the reactor contents are homogenized by the reactor stirring system. With these working conditions, a reduction of at least 40% by weight of the organic matter content of the starting residue is obtained, the biodegradability is increased by 10% and the phytotoxicity of the by-product obtained with respect to the initial residue is reduced, thereby can be treated in wastewater treatment plants (WWTP) and a surface area of the zero-valent iron nanoparticles of around 190 m2 / g is achieved, calculated by BET analysis, which is a value significantly higher than the one obtained with other different conditions. The greater surface area allows the iron content of the nanoparticles to be better used in the various applications of CE-nZVI, with which the amount required to achieve a given effect will be lower and, consequently, the treatment or application is you can get at a lower cost.
Preferiblemente, el residuo líquido o pastoso con un contenido en materia orgánica de entre 5 y 30% en peso es alpechín o alperujo proveniente del prensado de aceitunas. Este tipo de residuo es muy abundante y problemático en la zona de producción de aceite de oliva, por lo que la utilización de alpechines o alperujos en este proceso es especialmente indicada, al ser una fuente rica en materia orgánica barata y cuya reducción de cantidad de materia orgánica es muy deseable para facilitar su posterior tratamiento o vertido a la red de alcantarillado. No obstante, este proceso industrial puede utilizar otros residuos con alto contenido en materia orgánica, tales como purines, orujos, etc.Preferably, the liquid or pasty residue with an organic matter content of between 5 and 30% by weight is alpechín or alperujo from the pressing of olives. This type of residue is very abundant and problematic in the olive oil production area, so the use of alpechines or alperujos in this process is especially indicated, as it is a rich source of cheap organic matter and whose reduction in the amount of Organic matter is highly desirable to facilitate its subsequent treatment or discharge into the sewer network. However, this industrial process can use other waste with a high content of organic matter, such as slurry, pomace, etc.
Preferiblemente el proceso industrial incluye el enfriamiento del contenido del reactor antes de su retirada del mismo. Con esto se consigue un mejor manejo de la carga del reactor, ya que se evita manipular materiales a temperaturas elevadas, lo cual es mejor desde el punto de vista de la seguridad del proceso.Preferably the industrial process includes cooling the reactor contents prior to removal from the reactor. With this, a better handling of the reactor load is achieved, since handling materials at high temperatures is avoided, which is better from the point of view of process safety.
Preferiblemente el proceso incluye la separación de las CE-nZVI del resto del contenido del reactor tras la etapa de calentamiento o de enfriamiento. Al separar las CE-nZVI, es posible aplicar las CE-nZVI a fines más específicos y que éstas alcancen un mayor precio de venta. Sin embargo, también es posible hacer uso de las CE-nZVI sin separarlas del resto del contenido del reactor, como por ejemplo en el tratamiento del líquido resultante tras la obtención de las CE-nZVI o mezclándolo con el propio residuo inicial en la producción de CE-nZVI para conseguir una mayor reducción de la carga contaminante.Preferably the process includes the separation of the CE-nZVI from the rest of the reactor contents after the heating or cooling step. By separating the CE-nZVI, it is possible to apply the CE-nZVI for more specific purposes and for the CE-nZVI to reach a higher selling price. However, it is also possible to make use of the CE-nZVI without separating them from the rest of the reactor content, for example in the treatment of the resulting liquid after obtaining the CE-nZVI or by mixing it with the initial residue itself in the production of CE-nZVI to achieve a greater reduction in the pollutant load.
La separación de las CE-nZVI del resto del contenido del reactor puede comprender la aplicación de un campo magnético, de secado, de centrifugación o de filtración al contenido del reactor. Todas estas técnicas permiten separar las CE-nZVI del resto del contenido del reactor de forma más o menos efectiva.Separation of the CE-nZVI from the rest of the reactor contents may comprise the application of a magnetic, drying, centrifuging, or filtering field to the contents of the reactor. reactor. All these techniques allow the CE-nZVI to be separated from the rest of the reactor content more or less effectively.
Preferiblemente una o varias sales de hierro comprenden nitrato férrico.Preferably one or more iron salts comprise ferric nitrate.
Preferiblemente una o varias sales de hierro se añaden en forma de disolución acuosa.Preferably one or more iron salts are added in the form of an aqueous solution.
Preferiblemente la disolución acuosa comprende una o varias sales de hierro en una cantidad entre el 20 y el 90% de su concentración de saturación. De esta forma se consigue una buena homogeneización de una o varias sales con el residuo a tratar al mismo tiempo que se evita la precipitación de una o varias sales de hierro previamente al mezclado con el residuo. La concentración de las sales de hierro de la disolución acuosa depende de la carga contaminante del residuo y de la economía y rendimiento requeridos.Preferably the aqueous solution comprises one or more iron salts in an amount between 20 and 90% of their saturation concentration. In this way, a good homogenization of one or more salts with the residue to be treated is achieved while avoiding the precipitation of one or more iron salts prior to mixing with the residue. The concentration of the iron salts in the aqueous solution depends on the pollutant load of the residue and the economy and performance required.
Preferiblemente, la adición de una cantidad de residuo y la adición de una o varias sales de hierro a dicho reactor, se realizan por separado.Preferably, the addition of a quantity of residue and the addition of one or more iron salts to said reactor are carried out separately.
Un segundo aspecto de la invención aporta una instalación industrial para el tratamiento y revalorización de un residuo líquido o pastoso con un contenido en materia orgánica de entre 5 y 30% en peso que comprende un reactor con sistema de calefacción y sistema de agitación, dicho reactor siendo capaz de soportar unas condiciones de temperatura de 300°C y de presión de 80 bares.A second aspect of the invention provides an industrial installation for the treatment and revaluation of a liquid or pasty waste with an organic matter content of between 5 and 30% by weight that comprises a reactor with a heating system and a stirring system, said reactor being able to withstand temperature conditions of 300 ° C and pressure of 80 bars.
Preferiblemente el reactor es de acero inoxidable, de cuerpo cilíndrico y cabezal y fondo elípticos.Preferably, the reactor is made of stainless steel, with a cylindrical body and an elliptical head and bottom.
Preferiblemente, el reactor comprende un sellado mecánico lubricado con gas del sistema de agitación.Preferably, the reactor comprises a gas-lubricated mechanical seal from the stirring system.
Preferiblemente el reactor es capaz de soportar unas condiciones de presión de 200 bares. Preferiblemente el reactor comprende al menos un disco de ruptura y/o una válvula de alivio de presión.Preferably the reactor is capable of withstanding pressure conditions of 200 bar. Preferably the reactor comprises at least one rupture disc and / or a pressure relief valve.
Preferiblemente el reactor comprende al menos un termopar y un indicador de temperatura para saber la temperatura de la mezcla y al menos un manómetro para indicar la presión interna del reactor.Preferably the reactor comprises at least one thermocouple and a temperature indicator to know the temperature of the mixture and at least one manometer to indicate the internal pressure of the reactor.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un primer depósito aguas arriba del reactor para el almacenamiento de una disolución de sales de hierro.Preferably the industrial installation comprises a first tank upstream of the reactor for storing a solution of iron salts.
Opcionalmente el primer depósito puede comprender un sistema de agitación.Optionally the first tank can comprise a stirring system.
Preferiblemente el sistema de agitación del primer depósito puede ser de agitación mecánica, para favorecer la disolución de las sales de hierro.Preferably the stirring system of the first tank can be mechanical stirring, to promote the dissolution of the iron salts.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un segundo depósito aguas arriba del reactor para el almacenamiento del residuo líquido o pastoso. Preferiblemente el segundo depósito comprende un sistema de alivio de gases en el caso que se mantuviese un tiempo excesivo almacenado y se produjesen por fermentación. Preferably the industrial installation comprises a second tank upstream of the reactor for storing the liquid or pasty waste. Preferably the second tank comprises a gas relief system in the event that they are kept in storage for an excessive time and are produced by fermentation.
Preferiblemente la instalación industrial comprende una primera bomba para impulsar la disolución de las sales de hierro y/o el residuo hacia el reactor.Preferably the industrial installation comprises a first pump to drive the solution of the iron salts and / or the residue towards the reactor.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un tercer depósito para el almacenamiento de un fluido calefactor utilizado en el sistema de calefacción del reactor. Alternativamente, el sistema de calefacción del reactor puede comprender una resistencia eléctrica.Preferably the industrial installation comprises a third tank for the storage of a heating fluid used in the heating system of the reactor. Alternatively, the reactor heating system may comprise an electrical resistance.
Preferiblemente el tercer depósito comprende una resistencia de inmersión para mantener el fluido calefactor a al menos 300°C de temperatura.Preferably the third tank comprises an immersion resistance to keep the heating fluid at a temperature of at least 300 ° C.
Preferiblemente el tercer depósito comprende un controlador para encender y apagar la resistencia de inmersión en función de la temperatura del fluido calefactor.Preferably the third tank comprises a controller to switch the immersion resistance on and off as a function of the temperature of the heating fluid.
Preferiblemente la instalación industrial comprende una segunda bomba para impulsar el fluido calefactor.Preferably the industrial installation comprises a second pump to drive the heating fluid.
La segunda bomba que impulsa el fluido calefactor puede comprender un variador de frecuencia y/o una válvula de regulación de flujo a la salida de la segunda bomba para controlar la temperatura del reactor, ya que la reacción es exotérmica.The second pump that drives the heating fluid may comprise a frequency converter and / or a flow regulation valve at the outlet of the second pump to control the temperature of the reactor, since the reaction is exothermic.
Preferiblemente el reactor comprende un sistema de refrigeración o enfriamiento.Preferably the reactor comprises a cooling or cooling system.
El sistema de refrigeración del reactor puede comprender un equipo capaz de reducir la temperatura de un fluido refrigerante cuando éste se recircula hacia un depósito de almacenamiento, tras haber pasado la camisa o serpentín del reactor, como por ejemplo un aerorrefrigerador.The reactor cooling system may comprise equipment capable of reducing the temperature of a cooling fluid when it is recirculated to a storage tank, after having passed the jacket or coil of the reactor, such as an air cooler.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un cuarto depósito para almacenar un fluido refrigerante utilizado en el sistema de refrigeración.Preferably the industrial installation comprises a fourth tank for storing a refrigerant fluid used in the refrigeration system.
Preferiblemente la instalación industrial comprende una tercera bomba para impulsar el fluido refrigerante.Preferably the industrial installation comprises a third pump for driving the refrigerant fluid.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un quinto depósito aguas abajo del reactor para almacenar los contenidos del reactor una vez transcurrido el periodo de calefacción y/o enfriamiento.Preferably, the industrial installation comprises a fifth tank downstream of the reactor to store the reactor contents after the heating and / or cooling period has elapsed.
Preferiblemente la instalación industrial comprende una cuarta bomba para impulsar los contenidos del reactor hasta el quinto depósito.Preferably the industrial installation comprises a fourth pump to drive the contents of the reactor to the fifth tank.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un sistema de separación sólido-líquido aguas abajo del quinto depósito para separar nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono (CE-nZVI) del resto del contenido del reactor.Preferably the industrial installation comprises a solid-liquid separation system downstream of the fifth tank to separate carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles (CE-nZVI) from the rest of the reactor contents.
Preferiblemente la instalación industrial comprende una quinta bomba aguas abajo del quinto depósito para impulsar los contenidos del quinto depósito hasta el sistema de separación sólido-líquido.Preferably the industrial installation comprises a fifth pump downstream of the fifth tank to drive the contents of the fifth tank to the solid-liquid separation system.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un silo para almacenar las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono (CE-nZVI) separadas en el sistema de separación sólido-líquido. Preferably the industrial facility comprises a silo for storing the carbon encapsulated zero-valent iron nanoparticles (CE-nZVI) separated in the solid-liquid separation system.
Preferiblemente la instalación industrial comprende un sexto depósito para almacenar un efluente líquido separado en el sistema de separación sólido-líquido.Preferably the industrial facility comprises a sixth tank for storing a separated liquid effluent in the solid-liquid separation system.
Un tercer aspecto de la invención aporta unas nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono cuyo contenido en hierro cero-valente es de al menos un 0.5% en peso y cuyo contenido en hierro total es de al menos un 20% en peso.A third aspect of the invention provides carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles whose zero-valent iron content is at least 0.5% by weight and whose total iron content is at least 20% by weight.
Las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono pueden comprender una capa externa de entre 10 y 15 monocapas de grafito.The carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles can comprise an outer layer of between 10 and 15 graphite monolayers.
Las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono pueden ser producidas mediante un proceso industrial de carbonización hidrotérmica de un residuo líquido o pastoso con un contenido en materia orgánica de entre 5 y 30%.Zero-valent iron nanoparticles encapsulated in carbon can be produced by an industrial process of hydrothermal carbonization of a liquid or pasty residue with an organic matter content of between 5 and 30%.
Preferiblemente el residuo es alpechín o alperujo o mezclas de ambos.Preferably the residue is alpechin or alperujo or mixtures of both.
Preferiblemente el proceso industrial de carbonización hidrotérmica para producir las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono comprende:Preferably the industrial hydrothermal carbonization process to produce the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles comprises:
• la adición de una cantidad de dicho residuo a un reactor con sistema de agitación y de calefacción;• adding a quantity of said residue to a reactor with stirring and heating system;
• la adición de una o varias sales de hierro a dicho reactor, en una proporción referente al residuo que va desde 0.04 a 0.3 moles de hierro por mol de carbono del residuo;• the addition of one or more iron salts to said reactor, in a proportion relating to the residue ranging from 0.04 to 0.3 moles of iron per mole of carbon in the residue;
• la calefacción de los contenidos del reactor hasta una temperatura de entre 180 a 300°C una vez cerrado el reactor;• heating the reactor contents to a temperature between 180 to 300 ° C once the reactor is closed;
• el mantenimiento de dicha calefacción del reactor bajo presión autógena, durante un periodo de entre 0.5 a 5 horas durante el cual los contenidos del reactor son homogeneizados por el sistema de agitación del reactor,• the maintenance of said heating of the reactor under autogenous pressure, for a period of between 0.5 to 5 hours during which the reactor contents are homogenized by the reactor stirring system,
• la retirada del contenido del reactor que incluye las nanopartículas de hierro cerovalente encapsuladas en carbono.• the removal of the reactor content that includes the carbon-encapsulated zerovalent iron nanoparticles.
Opcionalmente el proceso industrial de carbonización hidrotérmica para producir las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono comprende la separación de las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono del resto del contenido del reactor.Optionally, the industrial hydrothermal carbonization process to produce the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles comprises the separation of the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles from the rest of the reactor content.
Opcionalmente el proceso industrial de carbonización hidrotérmica para producir las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono comprende el acondicionamiento de las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono. El acondicionamiento puede ser conseguido mediante un tratamiento de ultrasonidos.Optionally, the industrial hydrothermal carbonization process to produce the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles comprises the conditioning of the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles. Conditioning can be achieved by ultrasound treatment.
Opcionalmente el proceso industrial de carbonización hidrotérmica para producir las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono comprende la activación de las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono.Optionally, the industrial hydrothermal carbonization process to produce the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles comprises the activation of the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
A continuación, se describen alguna(s) forma(s) de realización de la invención, exclusivamente a modo de ejemplo, sin pretender constituir ninguna limitación al ámbito de protección de la invención, que será delimitado y definido por las reivindicaciones adjuntas. Some form (s) of embodiment of the invention are described below, exclusively by way of example, without intending to constitute any limitation to the scope of protection of the invention, which will be delimited and defined by the appended claims.
La descripción siguiente se entenderá mejor haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:The following description will be better understood with reference to the accompanying drawings, in which:
La Figura 1 representa un diagrama de bloques que ilustra un proceso industrial de revalorización de residuos con alto contenido orgánico según una forma de realización de la presente invención.Figure 1 represents a block diagram illustrating an industrial revaluation process for high organic content waste according to an embodiment of the present invention.
La Figura 2 muestra una representación esquemática de una instalación industrial según una forma de realización de la presente invención para llevar a cabo un proceso como el ilustrado en la Figura 1.Figure 2 shows a schematic representation of an industrial installation according to an embodiment of the present invention to carry out a process such as that illustrated in Figure 1.
La Figura 3 muestra una representación esquemática de la instalación industrial de la Figura 2 en el que se muestra el sistema de control de la calefacción y la refrigeración del reactor.Figure 3 shows a schematic representation of the industrial installation of Figure 2 in which the reactor heating and cooling control system is shown.
Las Figuras 4A y 4B muestran fotografías hechas con microscopía electrónica de unas nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono según una forma de realización de la presente invención, obtenidas mediante un proceso según otra forma de realización de la presente invención.Figures 4A and 4B show photographs made with electron microscopy of carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles according to an embodiment of the present invention, obtained by a process according to another embodiment of the present invention.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques que ilustra un proceso industrial de revalorización de residuos con alto contenido orgánico según una forma de realización de la presente invención. La Figura 2 muestra una instalación industrial 8 adecuada para llevar a cabo el proceso industrial de la Figura 1 en régimen semicontinuo, a una escala de producción de 10 toneladas mensuales de CE-nZVI de forma que se tratarían 20,3 toneladas de alpechín diariamente, operando 20 días al mes.Figure 1 shows a block diagram illustrating an industrial high organic waste revaluation process according to an embodiment of the present invention. Figure 2 shows an industrial installation 8 suitable to carry out the industrial process of Figure 1 in a semi-continuous regime, at a production scale of 10 tons per month of CE-nZVI so that 20.3 tons of vegetable water would be treated daily, operating 20 days a month.
En un primer paso se procede con la etapa de alimentación 1 del reactor 10 de 40 m3 de capacidad, en la cual se introduce en el reactor 10 un alpechín con un contenido en materia orgánica de entre 5 y 30% en peso y una densidad de aproximadamente 1027 kg/m3. Seguidamente se introduce en el reactor 10 una disolución acuosa de nitrato férrico al 46% de su concentración de saturación. Las cantidades de alpechín y disolución de nitrato férrico son en la proporción de 0.05 moles de hierro por mol de carbono y se debe llenar el reactor hasta más o menos la mitad de su capacidad, por motivos de seguridad. El reactor es de un material y espesor de paredes tales que soportar unas condiciones de presión máxima de al menos 200 bares y de temperatura máxima de al menos a 300°C.In a first step, the feeding stage 1 of reactor 10 of 40 m3 capacity is carried out, in which a vegetable water with an organic matter content of between 5 and 30% by weight and a density of approximately 1027 kg / m3. Subsequently, an aqueous solution of ferric nitrate at 46% of its saturation concentration is introduced into reactor 10. The amounts of vegetable water and ferric nitrate solution are in the proportion of 0.05 moles of iron per mole of carbon and the reactor must be filled to more or less half its capacity, for safety reasons. The reactor is of a material and wall thickness such that it can withstand maximum pressure conditions of at least 200 bars and maximum temperatures of at least 300 ° C.
El alpechín se almacena previamente en un depósito 12 de 100 m3 de capacidad, que permite trabajar durante 5 días sin ser rellenado y que está provisto de un sistema de salida de gases de utilidad en el caso que se produjesen por fermentación del alpechín. La disolución acuosa de nitrato férrico se almacena en un depósito 14 de 30 m3 de capacidad, que permite trabajar durante 10 días sin ser rellenado, disuelto al 46% de su concentración de saturación, que está equipado con un sistema de agitación para mantener la homogeneidad de la disolución.The vegetable water is previously stored in a tank 12 with a capacity of 100 m3, which allows it to work for 5 days without being refilled and which is provided with a utility gas outlet system in the event that it is produced by fermentation of the vegetable water. The aqueous solution of ferric nitrate is stored in a 30 m3 capacity tank 14, which allows working for 10 days without being refilled, dissolved at 46% of its saturation concentration, which is equipped with a stirring system to maintain homogeneity. of dissolution.
A continuación, el reactor 10 se cierra herméticamente.The reactor 10 is then sealed.
Seguidamente se procede con la etapa de calentamiento del reactor 2 en la cual se ponen en funcionamiento el sistema de agitación 18 a unas 60 rpm y el sistema de calefacción 20 del reactor 10. Durante esta etapa deberán mantenerse estables los valores de consigna de caudal en 50 m3h y de temperatura de entrada de 300°C de dicho fluido calefactor al serpentín interno 15 del sistema de calefacción 20 del reactor 10. Para ello, se manipula la temperatura del fluido térmico tipo Paratherm NF™ en el tanque 22 donde se almacena, de 10 m3 de capacidad, del cual es extraído e impulsado por una bomba 26 de 4 kW de potencia, lo cual se realiza mediante una resistencia eléctrica sumergida tipo candela 24 de 400 kW de potencia. Una vez el fluido calefactor Paratherm NF™ pasa por el reactor 10, se recircula a su depósito de almacenamiento 22.Next, we proceed with the heating stage of reactor 2 in which the stirring system 18 is put into operation at about 60 rpm and the heating system 20 of reactor 10. During this stage, the flow setpoint values must be kept stable in 50 m3h and an inlet temperature of 300 ° C of said heating fluid to the internal coil 15 of the heating system 20 of the reactor 10. For this, the temperature is manipulated of thermal fluid type Paratherm NF ™ in tank 22 where it is stored, with a capacity of 10 m3, from which it is extracted and driven by a pump 26 of 4 kW of power, which is carried out by means of a submerged electrical resistance type candela 24 of 400 kW of power. Once the Paratherm NF ™ heating fluid passes through reactor 10, it is recirculated to its storage tank 22.
Una vez alcanzada la temperatura de 225°C en el reactor 10, se da por comenzada la etapa de reacción 3, durante la cual se mantiene la calefacción de reactor 10 durante 3 horas para conseguir una temperatura lo más constante posible alrededor del valor de consigna de 225°C mientras el contenido del reactor 10 es agitado y homogeneizado por el sistema de agitación del reactor 18.Once the temperature of 225 ° C has been reached in reactor 10, reaction stage 3 is considered started, during which the heating of reactor 10 is maintained for 3 hours to achieve a temperature that is as constant as possible around the set point. 225 ° C while the contents of reactor 10 are stirred and homogenized by the stirring system of reactor 18.
Para conseguir esto, el caudal de fluido calefactor que se introduce en el serpentín 15 del reactor 10 se regula como consecuencia de la acción de un variador de frecuencia dispuesto en la bomba 26 que alimenta el fluido calefactor al serpentín 15 del reactor 10 o del accionamiento automático de una válvula de regulación de caudal 17 dispuesta entre la dicha bomba 26 y antes de la entrada al serpentín 15.To achieve this, the flow rate of heating fluid that is introduced into the coil 15 of the reactor 10 is regulated as a result of the action of a frequency variator arranged in the pump 26 that feeds the heating fluid to the coil 15 of the reactor 10 or of the drive. automatic flow regulation valve 17 arranged between said pump 26 and before the inlet to coil 15.
Además, en cuanto se alcanza la temperatura de consigna de 225°C, se conecta un cronómetro de forma automática y cuando este llegue a las 3 horas se para la bomba 26 del fluido calefactor.Furthermore, as soon as the setpoint temperature of 225 ° C is reached, a timer is automatically switched on and when it reaches 3 o'clock the heating fluid pump 26 stops.
Seguidamente comienza la etapa de enfriamiento 4, en la cual se pone en marcha tanto la bomba 36, de aproximadamente 30 kW de potencia, que impulsa el fluido refrigerante, que en este caso es agua a 4°C, y el aerorrefrigerador 34, de 60 kW de potencia, que junto con el depósito 32 de fluido refrigerante, de 10 m3 de capacidad, conforman el sistema refrigerante 30 del reactor 10. De esta forma, se permite el paso y recirculación del fluido refrigerante a su depósito de almacenamiento 32 sin que el fluido se caliente en exceso.Then the cooling stage 4 begins, in which both the pump 36, of approximately 30 kW of power, which drives the cooling fluid, which in this case is water at 4 ° C, and the air cooler 34, from 60 kW of power, which together with the cooling fluid tank 32, with a capacity of 10 m3, make up the cooling system 30 of the reactor 10. In this way, the passage and recirculation of the cooling fluid to its storage tank 32 is allowed without the fluid overheats.
Por otro lado, con el objetivo de minimizar el consumo eléctrico y dejar preparada la instalación para la siguiente carga, cuando la temperatura del contenido del reactor 10 es inferior a 90°C, se parará la bomba 36 que lo impulsa y el aerorrefrigerador 34, se abre paulatinamente una válvula de alivio de presión del reactor 10 y se procede a la etapa de vaciado y trasvase 5 de los contenidos del reactor al depósito intermedio 40, de 110 m3 de capacidad, que permite operar durante 5 días, mediante la actuación de una bomba 42 de trasiego de 0.5 kW de potencia situada aguas abajo del reactor 10. El depósito intermedio 40 dispone de un sistema de agitación mecánico para homogeneizar su contenido y evitar la aglomeración y precipitación de partículas.On the other hand, in order to minimize electricity consumption and leave the installation ready for the next load, when the temperature of the content of reactor 10 is below 90 ° C, the pump 36 that drives it and the air cooler 34 will be stopped, A pressure relief valve of reactor 10 is gradually opened and the stage of emptying and transferring 5 of the reactor contents to the intermediate tank 40, of 110 m3 capacity, which allows to operate for 5 days, is carried out, by means of the action of a transfer pump 42 of 0.5 kW power located downstream of the reactor 10. The intermediate tank 40 has a mechanical stirring system to homogenize its content and avoid agglomeration and precipitation of particles.
De esta forma, el reactor 10 queda preparado para la siguiente carga y se puede realizar la etapa de separación sólido-líquido 6 de los contenidos del reactor en el filtro prensa 46 de forma paralela a la siguiente carga del reactor 10. Para ello, la bomba de trasvase 44, situada aguas abajo del depósito intermedio 40, impulsa la mezcla de reacción a través del filtro prensa 46, que separa las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono, que se almacenan en el silo 48 de 3 m3 de capacidad, del efluente líquido que sale del filtro prensa 46, que se almacena en otro tanque 50 de 110 m3 de capacidad.In this way, the reactor 10 is prepared for the next load and the solid-liquid separation step 6 of the reactor contents can be carried out in the filter press 46 in parallel to the next load of the reactor 10. For this, the Transfer pump 44, located downstream of intermediate tank 40, drives the reaction mixture through filter press 46, which separates carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles, which are stored in silo 48 of 3 m3 capacity , from the liquid effluent that leaves the filter press 46, which is stored in another tank 50 of 110 m3 capacity.
El sistema de agitación 18 solo está parado cuando el reactor 10 se encuentre vacío o casi vacío. Además, durante las etapas de calentamiento 2 y de reacción 3, por seguridad, se controla la presión interna del reactor 10, de forma que, si esta excede la presión interna máxima permisible, se abre una válvula de alivio de presión del reactor 10, accionada automáticamente, y se vuelve a cerrar cuando la presión interna se encuentre al menos 5 bares por debajo de la máxima permisible.The stirring system 18 is only stopped when the reactor 10 is empty or almost empty. Furthermore, during the heating 2 and reaction 3 stages, for safety, the internal pressure of the reactor 10 is controlled, so that, if it exceeds the maximum permissible internal pressure, a pressure relief valve of the reactor 10 is opened, triggered automatically, and closes again when the internal pressure is at least 5 bar below the maximum allowable.
La temperatura del fluido calefactor se controla mediante un sistema de control 60 como el que se muestra en la Figura 3. Si se excede de la temperatura de consigna de 310°C asignada para el fluido calefactor, el sistema de control 60 apaga la resistencia interna 24 de dicho depósito 22, y se mantiene encendida siempre que no suceda la situación anterior.The temperature of the heating fluid is controlled by a control system 60 like the one shown in Figure 3. If the setpoint temperature of 310 ° C assigned for the heating fluid is exceeded, the control system 60 turns off the internal resistance 24 of said tank 22, and it remains on as long as the above situation does not occur.
Como se muestra en la Figura 3, se dispone al menos de un indicador de la temperatura 62 interna del reactor 10 y otro indicador de la temperatura 64 del depósito 22 del fluido calefactor. El indicador de la temperatura 62 interna del reactor 10 va acompañado de un sensor de temperatura y de un sistema que registra las temperaturas cada cierto intervalo de tiempo. También hay un indicador de temperatura en el depósito de fluido refrigerante 32, en el depósito intermedio 40 y en la salida del aerorrefrigerador.As shown in Figure 3, there is at least one indicator of the internal temperature 62 of the reactor 10 and another indicator of the temperature 64 of the tank 22 of the heating fluid. The indicator of the internal temperature 62 of the reactor 10 is accompanied by a temperature sensor and a system that registers the temperatures every certain interval of time. There is also a temperature gauge on the refrigerant fluid reservoir 32, in the intermediate reservoir 40, and at the outlet of the air cooler.
La instalación industrial 8 dispone de una alarma sonora y lumínica que se activa cuando la presión interna del reactor 10 sea de un valor próximo al límite máximo determinado y otra para cuando se alcance la temperatura de consigna del reactor de 225°C.The industrial installation 8 has a sound and light alarm that is activated when the internal pressure of the reactor 10 is close to the maximum limit determined and another for when the reactor setpoint temperature of 225 ° C is reached.
También se dispone de un sistema de control de la presión 70 interna del reactor 10 que acciona una válvula de alivio de presión cuando dicha presión interna es igual a 195 bares, y se vuelve a cerrar cuando se disminuya al menos 5 bares o más de dicho valor. Este sistema de control 70 comprende un manómetro.There is also a control system for the internal pressure 70 of the reactor 10 that operates a pressure relief valve when said internal pressure is equal to 195 bars, and it closes again when at least 5 bars or more of said pressure is decreased. value. This control system 70 comprises a pressure gauge.
Adicionalmente, se dispone de un sistema de control de la temperatura 80 interna del reactor 10 que regula el caudal de la bomba 26 del fluido calefactor y también actúa sobre la bomba de fluido refrigerante 36.Additionally, there is a control system for the internal temperature 80 of the reactor 10 that regulates the flow rate of the heating fluid pump 26 and also acts on the cooling fluid pump 36.
A excepción de la bomba 26 del fluido calefactor, el resto de bombas 16, 36, 42, 44 funcionan a caudal constante.With the exception of the heating fluid pump 26, the rest of the pumps 16, 36, 42, 44 operate at constant flow.
Además, se dispone de un sistema de seguridad de parada de emergencia de accionamiento sencillo, presionando un botón, que detiene cualquier sistema de bombeo, calefacción, refrigeración, agitación y/o sistema de separación sólido-líquido de la instalación que esté en funcionamiento.In addition, there is a simple-actuated emergency stop safety system, pressing a button, which stops any pumping, heating, cooling, stirring and / or solid-liquid separation system of the installation that is in operation.
Se entenderá que se podría operar a la misma escala de producción que anteriormente, pero reduciendo a la mitad el tamaño del reactor, es decir de 20 m3, y realizando dos cargas diarias o empleando dos reactores del mismo volumen operando paralelamente a una carga diaria. Las Figuras 4A y 4B muestran fotografías hechas con microscopía electrónica de unas nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono 100 según una forma de realización de la presente invención, obtenidas mediante el proceso y la instalación descritos anteriormente.It will be understood that it could be operated at the same production scale as previously, but reducing the size of the reactor by half, that is to say 20 m3, and carrying out two daily loads or using two reactors of the same volume operating in parallel with a daily load. Figures 4A and 4B show photographs made with electron microscopy of zero-valent iron nanoparticles encapsulated in carbon 100 according to an embodiment of the present invention, obtained by the process and installation described above.
Las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono 100 mostradas en las Figuras 4A y 4B tienen un contenido en hierro cero-valente igual o superior al 0.5% en peso y un contenido en hierro total de al menos un 20% en peso. The carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles 100 shown in Figures 4A and 4B have a zero-valent iron content equal to or greater than 0.5% by weight and a total iron content of at least 20% by weight.
Como se observa en la Figura 4B, las nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono comprenden una capa externa 110 de entre 10 y 15 monocapas de grafito.As seen in Figure 4B, the carbon-encapsulated zero-valent iron nanoparticles comprise an outer layer 110 of between 10 and 15 graphite monolayers.
Tabla 1. Condiciones de carbonización hidrotérmica en la síntesis de nanopartículas de hierro cero-valente encapsuladas en carbono y las propiedades de las mismas.Table 1. Hydrothermal carbonization conditions in the synthesis of zero-valent iron nanoparticles encapsulated in carbon and their properties.
La tabla anterior muestra una serie de experimentos que se han realizado modificando las condiciones de carbonización hidrotérmica de un alpechín con sales de hierro. En la tabla se puede observar que el mejor valor de área superficial de las nanopartículas de hierro cerovalente encapsuladas en carbono, que es significativamente mayor que en el resto de experimentos, se obtiene para la muestra con unas condiciones de carbonización hidrotérmica de 225°C, un tiempo de reacción de 3 horas y una proporción molar de hierro a carbono de 0.05 en el alimento del reactor. El área superficial de las nanopartículas así obtenidas es de 190 m2/g, que es significativamente mayor que en el resto de condiciones de operación. The table above shows a series of experiments that have been carried out by modifying the hydrothermal carbonization conditions of a vegetable water with iron salts. In the table it can be seen that the best value of surface area of the carbon-encapsulated zerovalent iron nanoparticles, which is significantly higher than in the rest of the experiments, is obtained for the sample with hydrothermal carbonization conditions of 225 ° C, a reaction time of 3 hours and a molar ratio of iron to carbon of 0.05 in the reactor feed. The surface area of the nanoparticles thus obtained is 190 m2 / g, which is significantly higher than in the other operating conditions.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4190438A1 (en) | 2020-07-27 | 2023-06-07 | Universidad De Alicante | Method for obtaining zerovalent iron nanoparticles |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2802876 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20210121 |
|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20210506 |