MXPA04011073A

MXPA04011073A - Metodo y aparato para el tratamiento de desechos peligrosos.

Info

Publication number: MXPA04011073A
Application number: MXPA04011073A
Authority: MX
Inventors: Chun Pong Chan Benjamin
Original assignee: Edmund Kin On Lau
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2005-07-14
Also published as: JP2005524817A; RU2286837C2; AU2003229428A1; EP2386347A1; EP1501622B1; RU2004135820A; KR20050018671A; US20030209174A1; CA2484472C; AU2003229428B2; EP1501622A1; EP2386347B1; NZ536529A; HK1074416A1; JP4219889B2; ZA200408708B; PT1501622E; CA2484472A1; ES2686868T3; WO2003095072A1

Abstract

Un metodo y aparato para tratar un derivado de gas emitido de un sistema de tratamiento de desechos que utiliza una antorcha de plasma. El gas emitido de un horno de arco de plasma de electrodo de grafito incluye negro de carbono u hollin el cual debe de ser removido. La antorcha de plasma emplea una mezcla de dioxido de carbono y oxigeno como gas de trabajo para evitar la creacion de oxidos de nitrogeno y otros derivados toxicos. La antorcha de plasma ioniza el gas de trabajo, dando como resultado la creacion de monoxido de carbono y oxigeno reactivo, el cual ayuda en la eliminacion del negro de carbono/hollin del gas emitido. El oxigeno y el vapor son atomizados e inyectados dentro de la camara que alberga el sistema de antorcha de plasma. Un sistema de retroalimentacion de control del proceso monitorea el contenido del gas de salida y controla la operacion de los inyectores y de la antorcha de plasma.

Description

WO 03/095072 Al ll !! II II lili ^ II G??.? :ll II! I l!MI I II — before the expiralion of the time limit for amcnding the For two-Ietter codes and other abbrerialions, refer io the "Guid- claims and lo be republished in the event of receipl of anee Notes on Codes and Abbreviations" appcarins al the begi/i- amendmenls ning of each regular issuc of the PCT Ga:cllc.

MÉTODO Y APARATO PARA EL TRATAMIENTO DE DESECHOS PELIGROSOS Campo del Invento La presente invención se refiere al tratamiento de los gases emitidos de un sistema de tratamiento de desechos peligrosos o industriales .

Antecedentes del Invento Los desechos peligrosos afectan la salud humana debido a su toxicidad, deflagración, corrosividad, reactividad e infección, además de ser una fuente de contaminación seria. Los desechos peligrosos han sido desechados generalmente por medio de una disposición en la tierra, incineración y reciclado. Sin embargo, debido a que incidentes de la disposición incorrecta de los desechos, tales como emisiones de sustancias tóxicas provenientes de la incineración y los rellenos de los terrenos (por ejemplo, dioxinas de la incineración y lixiviación tóxica de los rellenos de tierra) comienzan a crear serios problemas ecológicos y para la salud, la atención pública ha conducido a aumentar la legislación y a políticas de protección ambiental más severas . Esta políticas han conducido a buscar otras alternativas de disposición eficiente, confiable y efectiva en costos de los desechos. Se han propuesto un número de métodos basados en el arco de plasma para destruir los desechos peligrosos orgánicos e inorgánicos de todas formas, para convertir los desechos peligrosos en un gas de combustible sintético para la generación de electricidad y para vitrificar todos los materiales que no son combustibles a un vidrio estable del cual se puedan deshacer de manera segura. Sin embargo, estos métodos se consideran ineficientes y tienen costos muy altos en inversiones en bienes de capital y operación. En general, dos tecnologías de arco de plasma básicas, la antorcha de plasma (modalidades transferidas y no transferidas) y el arco de plasma de electrodo de grafito (C.A. ó D.C.) han sido propuestas para generar el arco de plasma para los procesos de conversión o destrucción de los desechos peligrosos. Los sistemas que emplean la antorcha de plasma, generalmente no son tan eficientes en cuanto a la energía, como aquellos que utilizan electrodos de grafito, debido a una pérdida más alta de energía por el agua de enfriamiento de la antorcha del plasma. La eficiencia de las antorchas de plasma generalmente es menor del 70%, especialmente cuando la antorcha de plasma de metal es colocada y operada dentro de un reactor/depósito caliente. Por lo tanto, las antorchas de plasma son solamente efectivas para el calentamiento de gas y para el procesamiento o fabricación de materiales de especialidad, y no son prácticas y económicas para la fundición de materiales. Por lo tanto, cuando se utiliza un aire como el gas de trabajo del plasma, se producen óxidos de nitrógeno (NOx) y cianuro de hidrógeno (HCN) a las reacciones de nitrógeno en el gas de trabajo del plasma de aire con el oxígeno y los hidrocarburos en el depósito/reactor en temperaturas altas. Además, el vapor generado en el depósito se condensará en la superficie del aro de refuerzo de metal de la antorcha de plasma. Por consiguiente, el negro de carbono/hollín junto con los materiales tóxicos que no están disociados se depositarán y acumularán en el aro de refuerzo de metal húmedo frío conduciendo a una destrucción incompleta de los desechos peligrosos. Cuando la antorcha de plasma es removida del depósito para el mantenimiento, entonces los trabajadores están sujetos a la exposición a los materiales tóxicos . El tiempo de vida de los electrodos y la estabilidad (funcionamiento) del arco de plasma generado por las antorchas de plasma, también dependen de la atmósfera dentro del depósi o/reactor. Por lo tanto, la operación de los sistemas de antorcha de plasma es más complicada que la de los sistemas de arco de plasma de electrodo de grafito. Las antorchas de plasma de metal requieren agua de enfriamiento altamente presurizada para el enfriamiento de los componentes internos . La química y la conductividad eléctrica del agua de enfriamiento deben de ser monitoreadas y ajustadas con el objeto de evitar la corrosión química y las deposiciones de minerales dentro de la antorcha. Estos requerimientos necesitan equipo auxiliar costoso, el cual aumenta Los costos en bienes de capital y operación.

Otros sistemas emplean tecnologías de arco de plasma eléctricos de electrodos de grafito. Estos sistemas pueden conducir, ya sea a una oxidación severa de los electrodos de grafito o a la formación excesiva de negro de carbono fino/hollín en la corriente del gas del producto derivado. Se desarrolló un sistema de electrodos de grafito combinado de C.A. y C.D. para producir la aceleración del arco eléctrico y el calentamiento de una resistencia joule en el baño simultáneamente. Otras tecnologías emplean un sistema de electrodos concéntricos y un electrodo de grafito de corriente directa superior solo con un fondo conductor para la fundición y gasificación. Sin embargo, la conductividad eléctrica del electrodo del fondo debe de ser mantenida en todo momento en el sistema de un solo electrodo de grafito superior de corriente directa, especialmente cuando el electrodo del fondo del reactor/depósito frío es cubierto por una capa de escoria, la cual no es eléctricamente conductora en temperaturas bajas.

Se ha descubierto gue la cinética de la formación del negro de carbón era muy alta durante la rotura a alta temperatura de los hidrocarburos bajo una condición ligera de reducción. Por lo tanto, el negro de carbono/hollín siempre es producido en los procesos de gasificación de arco de plasma de reducción y debe de ser removido hacia la parte inferior del sistema de control de la contaminación del aire. El aumento de tiempo de permanencia de los derivados dentro del depósito/reactor o el aumento de la temperatura de operación, ayuda para remover el negro de carbono. Sin embargo, para aumentar el tiempo de permanencia se necesita el uso de un aparato más grande o la reducción de la producción del desperdicio alimentado. Por consiguiente, se han propuesto algunos sistemas, los cuales incluyen un oxidante térmico o quemador retardado para aumentar las cinéticas de reacción mediante un ambiente turbulento como un proceso de tratamiento de gas secundario para asegurar la combustión completa. Sin embargo, se utilizan en estos métodos aire y combustible para generar el alto calor para el proceso de oxidación. Por consiguiente, se puede producir una corriente de desperdicio secundario tal como óxidos de nitrógeno en estos sistemas bajo dicha atmósfera de oxidación. Seria provechoso tener un sistema y método para tratar los gases emitidos de los sistemas de tratamiento de desechos que, por lo menos en parte, resuelvan estas desventajas.

Sumario del Invento La presente invención proporciona un sistema para el tratamiento de los gases emitidos de un sistema de tratamiento de desechos, tal como un sistema de gasificación de arco de electrodo de grafito que reduce el negro de carbono presente en los gases emitidos, mientras se evita la producción de óxidos de nitrógeno y otros contaminantes. El sistema incluye un quemador retardado que utiliza una antorcha de plasma que tiene un gas de trabajo libre de nitrógeno el cual, en una modalidad, es una mezcla de dióxido de carbono y oxigeno. El arco de plasma ioniza el gas de trabajo, creando de este modo oxigeno atómico, el cual ayuda en la remoción del negro de carbono de los gases emitidos. En un aspecto, la presente invención proporciona un aparato para el tratamiento de un gas emitido de un sistema de tratamiento de desechos . El aparato incluye una cámara cilindrica recubierta con refractario que tiene un puerto de entrada para recibir el gas emitido, un puerto de salida, y una antorcha de plasma de energía de corriente directa cercana al puerto de entrada dentro de la cámara, recibiendo la antorcha un gas de trabajo, e incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno. La antorcha de plasma calienta la cámara y por lo tanto, los gases emitidos son convertidos en un gas de salida, el cual es expulsado a través del puerto de salida. En otro aspecto, la presente invención proporciona un método para el tratamiento de un gas emitido de un sistema de tratamiento de desechos . El método incluye los pasos de recibir el gas de desecho en un puerto de entrada de una cámara cilindrica recubierta con refractario que calienta la cámara ionizando un gas de trabajo usando una antorcha de plasma de energía de corriente directa cercana al puerto de entrada dentro de la cámara, incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno, convirtiendo de este modo el gas emitido en un gas de salida y expulsando un gas de salida de la cámara. En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un sistema de tratamiento de desechos para el tratamiento de desechos peligrosos. El sistema de tratamiento de desechos incluye una etapa primaria de tratamiento de desechos que recibe los desechos peligrosos y produce gases emitidos derivados, y una etapa secundaria del tratamiento de desechos acoplada con la etapa primaria de tratamiento de desechos y que recibe el gas emitido. La etapa secundaria de tratamiento de desechos incluye una cámara cilindrica recubierta con refractario que tiene un puerto de entrada para recibir el gas emitido y un puerto de salida y una antorcha de plasma con energía de corriente directa cercana al puerto de entrada dentro de la cámara, recibiendo la antorcha un gas de trabajo, incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno. La antorcha de plasma calienta la cámara y por lo tanto, el gas emitido es convertido en un gas de salida, el cual es expulsado a través del puerto de salida.

Otros aspectos y características de la presente invención podrán ser apreciados por aquellos expertos en la técnica al revisar la siguiente descripción de las modalidades especificas de la presente invención en conjunto con las figuras que la acompañan.

Breve Descripción de las Figuras Ahora se hará referencia a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos los cuales muestran una modalidad de la presente invención y en los cuales : La figura 1 muestra un diagrama de un sistema de tratamiento de desechos de acuerdo con la presente invención; La figura 2 muestra un diagrama de bloques de vista de planta superior del sistema de tratamiento de desechos; y La figura 3 muestra una vista transversal de un oxidador ciclónico de acuerdo con la presente invención . Se utilizan números similares en las diferentes figuras para indicar componentes similares .

Descripción Detallada del Invento Primero se hace referencia a la figura 1, la cual muestra un diagrama de un sistema de tratamiento de desechos 100 de acuerdo con la presente invención, y la figura 2, la cual muestra un diagrama de bloques de vista de planta superior del sistema de tratamiento de desechos 100. El sistema 100 incluye un gasificador/fundidor de arco de plasma de corriente directa de electrodo de grafito 4 y un oxidador ciclónico de antorcha de plasma 3. El material de desecho es insertado dentro del gasificador/fundidor 4, el cual derrite los materiales no combustibles y disocia los materiales orgánicos. El gasificador/ fundidor 4 produce el gas emitido el cual es dirigido al oxidador ciclónico 3. El oxidador ciclónico 3 entonces trata el gas emitido de acuerdo con la presente invención. El gasificador/fundidor 4 también es al que nos podemos referir como una cámara de gasificación/vitrificación. Antes de alimentar el desecho peligroso para su destrucción dentro del gasificador/fundidor 4 de arco de corriente directa de electrodo de grafito, el gasificador/fundidor 4 es calentado previamente a una temperatura superior a 1500 °C fundiendo el acero de desecho en el gasificador/f ndidor 4. El gasificador/fundidor 4 está recubierto con refractario y las paredes laterales y el techo del gasificado /fundidor de arco de corriente directa 4 son enfriados con agua hasta el punto en que se prolonga la vida del refractario minimizando la erosión mecánica y la corrosión química debida a la fundición. El sistema refractario sirve para contener la fundición si minimiza las pérdidas de calor del gasificado /fundidor 4. El refractario también es compatible químicamente con la escoria y el gas derivado generado. Tal y como se muestra en la figura 2, dos electrodos de grafito penetran a través del techo del gasificador/ fundidor 4. Los sujetadores de electrodo 16 y 17 sostienen los electrodos de grafito y están conectados a un suministro de energía de corriente directa 2. El sujetador del electrodo 16 está conectado al cátodo y el sujetador del electrodo 17 está conectado al ánodo del suministro de energía 2. Los sujetadores del electrodo 16 y 17 están conectados a los brazos del electrodo 15 como parte de un sistema automático que responde a la guia del electrodo el cual mueve los brazos del electrodo 15. El sistema automático que actúa en respuesta a la guia del electrodo, mueve los brazos del electrodo 15 para ajustar la posición de los dos electrodos de grafito en relación entre ellos y en relación con el material derretido en el centro del gasificador/fundidor 4. El ajuste de la posición relativa de los electrodos de grafito afecta la longitud del arco. Se utiliza un sello del electrodo en el techo para permitir el ajuste de los electrodos mientras que se evita que se introduzca el aire ambiental y que se escape el gas derivado del gasificador/fundidor de arco de corriente directa . Un puerto de visión 25 en el gasificador/fundidor 4 permite la introducción equilibrada del acero de desecho. El electrodo del ánodo sostenido por el sujetador del electrodo 17, está enterrado en el acero de desecho y el electrodo del cátodo sostenido por el sujetador de electrodo 16 está colocado arriba del acero de desecho sólido. Entonces el electrodo del cátodo es bajado lentamente hasta que es establecido el arco eléctrico entre el electrodo del cátodo y el acero de desecho. El acero de desecho comienza a fundirse para formar un baño derretido a una temperatura superior de 1500°C. Cuando el acero de desecho está completamente derretido en el centro, el electrodo del cátodo es elevado entonces para lograr una longitud larga del arco y el electrodo del ánodo permanece inmerso en el baño derretido . El sistema 100 incluye un mecanismo de alimentación para introducir los desechos sólidos peligrosos dentro del gasificador/fundidor 4. En otra modalidad, en vez de recibir directamente los desechos peligrosos sólidos, el gasificador/fundidor 4 puede recibir derivados tóxicos de procesos principales químicos o de incineración. El proceso principal químico o de incineración genera derivados tóxicos los cuales son reducidos a una escoria estable no tóxica en el gasificador/fundidor 4. En la presente modalidad, el mecanismo de alimentación incluye un transportador 20 y una cámara hermética de gas 22 la cual es conectada al gasificador/fundidor 4. Una rejilla hermética de gas 21 separa el transportador 20 y la cámara hermética de gas 22 y la puerta hermética al gas enfriada con agua 24 separa la cámara hermética al gas 22 y el gasificador/fundidor 4. Los desechos pueden ser suministrados por medio del transportador 20 a la cámara hermética de gas 22 a través de la rejilla hermética de gas 21. Después de que se ha suministrado un lote de desperdicio dentro de la cámara hermética de gas 22, entonces se cierra la rejilla hermética de gas 21. La cámara hermética de gas 22 entonces es vaciada para remover el aire en la cámara hermética de gas 22 abriendo una válvula de control de vacio 14. Entonces la válvula de control de vacio 14 es cerrada y se abre una válvula de control de dióxido de carbono 13 para volver a llenar la cámara hermética de gas 22 con dióxido de carbono para evitar que el gas derivado se salga del gasificador/fundidor de arco de corriente directa 4, cuando la puerta hermética de gas enfriada con agua 24 comienza a abrirse. La cámara hermética de gas 22 incluye un pisón hidráulico resistente a la alta temperatura 23 para impulsar los desechos hacia delante en la cámara hermética de gas 22. Cuando la puerta hermética de gas 24 está completamente abierta, el pisón 23 empuja los desechos dentro del gasificador/fundidor de arco de corriente directa 4 a través de una tolva en la pared lateral, o en el techo del mismo. Una vez que son empujados los desechos dentro del gasificador/fundidor 4, el pisón 23 se retrae a su posición original en la cámara hermética de gas 22. Entonces se cierra la puerta hermética de gas enfriada con agua 24, se cierra la válvula 13 y se abre la válvula de vacio 14 para remover el dióxido de carbono en la cámara hermética de gas 22 hasta que la rejilla hermética de gas 21 comienza a abrirse para recibir desechos adicionales del transportador 20 para completar el ciclo de alimentación de desechos sólidos. Para desechos peligrosos líquidos y gaseosos, el desecho es medido y bombeado a través de una boquilla de atomización retractable de resistencia a alta temperatura en la pared lateral sobre el baño derretido en el gasificador/fundidor de arco de corriente directa 4. La corriente es utilizada como un gas portador para purgar la línea de alimentación del liquido/gas para la limpieza. Dentro del gasificador/ fundidor 4, los desechos son expuestos a una atmósfera caliente extremadamente alta y el arco eléctrico generado entre el electrodo del cátodo 16 y el hierro derretido. Las materias orgánicas en el desecho son disociadas a sus formas atómicas. Debido a la condición de temperatura extremadamente alta, se puede evitar completamente la formación de dioxina/furano . Las materias no combustibles que incluyen metales y vidrios son derretidas y mezcladas con el hierro derretido para producir una escoria líquida y metal en el centro del aparato. La escoria y metal son removidos ocasionalmente del gasificador/fundidor de arco de corriente directa 4 abriendo una perforación de vacío 19 con una broca. Los termopares están instalados en las paredes laterales, el techo y el fondo para monitorear la temperatura del tablero y el refractario. Si las temperaturas del tablero y el refractario comienzan a disminuir, la energía a los electrodos es incrementada aumentando la corriente o el voltaje al electrodo del cátodo. La presión dentro del gasificador/fundidor de arco de corriente directa 4 es mantenida en negativo para evitar que se liberen los gases derivados a la atmósfera ambiente por un ventilador de escape, de un sistema de control de contaminación del aire 8. El gas producido por el gasificador/fundidor 4 es tratado en el oxidador ciclónico 3. El oxidador ciclónico 3 está conectado al gasificador/fundidor 4 como para recibir el gas derivado producido por el gasificador/fundidor 4. En una modalidad, el gas derivado generado en el gasificador/f ndidor de arco de corriente directa 4, puede incluir monóxido de carbono, hidrógeno, hidrocarburos ligeros, negro de carbono y una pequeña cantidad de dióxido de carbono. El negro de carbono/hollin siempre presenta un problema de operación serio en la recuperación de la energía descendente y un sistema de control de contaminación del aire debido al tamaño fino de sus partículas. Además, el negro de carbono/hollín puede actuar como un sitio de nucleación para la reformación de compuestos tóxicos orgánicos. Este gas emitido entra en el oxidador ciclónico 3 tangencialmente a una velocidad muy alta, creando de este modo una condición ciclónica dentro del oxidador ciclónico 3. En una modalidad, el oxidador ciclónico 3 está colocado de una manera aproximadamente horizontal, con una ligera inclinación hacia abajo desde el extremo superior a un extremo inferior. A continuación se hará referencia a la figura 3, la cual muestra una vista transversal del oxidador ciclónico 3, de acuerdo con la presente invención. Un tubo de gas emitido recubierto con refractario recto vertical 26 es utilizado para conectar el gasificador/fundidor de arco de corriente directa 4 y el oxidador ciclónico 3. El tubo de gas emitido 26 inyecta el gas derivado tangencialmente en el lado del fondo del oxidador ciclónico 3 cerca de su extremo ascendente. El tubo de gas emitido vertical recto 26 minimiza la calda de presión entre el gasificador/ fundidor de arco de corriente directa 4 y el oxidador ciclónico 3 con el objeto de mejorar el flujo de la corriente de gas emitido dentro del oxidador ciclónico 3. La eficiencia de la reacción de oxidación es aumentada por una mezcla interna extensa entre el gas derivado y el oxigeno atomizado inyectado, asi como el vapor ocasionado por el vigor de la acción ciclónica dentro del oxidador ciclónico 3. En otra modalidad, el oxidador ciclónico 3 trata el gas emitido generado de una reacción química principal o un proceso de incineración, en cuyo caso el gas emitido es suministrado directamente al oxidador ciclónico 3. En dicho caso, puede no ser necesario el gasificador/fundidor 4. El oxidador ciclónico 3 incluye una antorcha de plasma de corriente directa 18 localizada en su extremo ascendente. La antorcha de plasma 18 precalienta el oxidador ciclónico a una temperatura superior a 1300 °C. La antorcha de plasma de corriente directa 18 es energizada de un suministro de energía de corriente directa 1. El suministro de energía de corriente directa 1 para la antorcha de plasma 18 es, en una modalidad, separado del suministro de energía de corriente directa 2 para el gasificador/fundidor 4 como para asegurar que el oxidador ciclónico 3 continúa operando si el suministro de energía 2 del gasificador/fundidor 4 llega a fallar. El oxidador ciclónico 3 está recubierto con refractario 32 y están instalados los termopares 27, 28 y 29 a lo largo de la cara interior refractaria 32 para monitorear las temperaturas de la cara caliente. Si las temperaturas descienden a una temperatura inferior a 1350 °C durante el proceso de tratamiento, se aumentan la energía a la antorcha de plasma 18 o la inyección de oxígeno. La operación de la antorcha de plasma 18 puede ser controlada por un controlador del proceso 6 (figura 2) a través de un circuito de retroalimentación . El controlador del proceso 6 puede incluir un microcontrolador programado de manera adecuada para ejecutar un conjunto de instrucciones o funciones para implementar los pasos de control y proporcionar señales de control, de acuerdo con la presente invención. La antorcha de plasma 18 emplea una mezcla de dióxido de carbono y oxígeno como el gas de trabajo del plasma. Los gases son mezclados inicialmente en un mezclador dinámico 5 que regula en respuesta la composición de la mezcla de gas y controla el rango de flujo de la mezcla de gas de acuerdo con las condiciones de operación deseadas y el requerimiento del gas del plasma. En una modalidad, el contenido de oxigeno en la mezcla de gas es del 15% al 25% en volumen, y de preferencia el 21%. Un sensor de oxigeno está incluido en el mezclador dinámico 5 para monitorear el contenido de oxigeno en la mezcla del gas. El uso de dióxido de carbono y oxigeno como el gas de trabajo del plasma, evita las formaciones de óxidos de nitrógeno y cianuro de hidrógeno. El mezclador dinámico 5 puede recibir señales de control del controlador del proceso 6. Cuando la mezcla de gas es ionizada en la zona del arco de plasma en donde la temperatura excede de 5000°C, el dióxido de carbono es disociado a monóxido de carbono y oxigeno atómico el cual es muy reactivo. Combinando la presencia del oxigeno atómico reactivo y el ambiente turbulento aumentado dentro del oxidador ciclónico 3, se pueden convertir y destruir de manera efectiva el negro de carbono/hollín y los materiales tóxicos fugitivos en el gas derivado. Los particulados en el gas derivado son derretidos para formar una capa derretida retenida en la pared lateral por la fuerza centrifuga creada por la acción ciclónica en el oxidador ciclónico 3. El material derretido fluye hacia abajo al fondo del lado de la corriente más baja, la cual está equipada con un conducto 33 conectado a un contenedor 34 para recibir el material derretido. Entonces los materiales derretidos se solidifican en el contenedor 34 y son removidos y regresados al gasificador/fundidor de arco de corriente directa para la vitrificación de la escoria . El oxigeno y el vapor son medidos e inyectados dentro del oxidador ciclónico 3 como un agente de oxidación a través de las válvulas de control 10 y 11. Los gases son atomizados por boquillas de atomización de resistencia a alta temperatura 30 y 31. El controlador del proceso 6 incluye un sensor de monitoreo de gas emitido en linea para analizar la composición del gas derivado para detectar el monóxido de carbono, hidrógeno, hidrocarburos y dióxido de carbono. De los datos analizados, el controlador de proceso 6 envía rápidamente una señal de control del proceso a las válvulas de control 10 y 11 para controlar las inyecciones de oxigeno y ¦vapor. Con desechos de valor de calentamiento bajo, el oxidador ciclónico 3 convierte el gas derivado completamente en agua y dióxido de carbono para producir un gas de escape limpio a la atmósfera, aumentando el oxigeno o la inyección de vapor hasta que la concentración total de los hidrocarburos ligeros y el monóxido de carbono es menor de 20 ppm. Con desechos de valor de calentamiento alto, el gas derivado final puede ser un gas sintético combustible de alta calidad para la generación de electricidad. Cuando la concentración del dióxido de carbono es superior al 3%, la inyección de oxigeno y/o vapor es disminuida. Y, cuando la concentración de dióxido de carbono es inferior a 1%, la inyección de oxigeno y vapor es aumentada. Haciendo referencia nuevamente a la figura 1, el calor sensible en el gas derivado generado del oxidador ciclónico 3 es recuperado por un intercambiador de calor 7 para producir agua caliente o vapor para mejorar la eficiencia general del proceso. El vapor es reciclado al sistema de alimentación de desechos liquidos/gas como el gas portador y el oxidador ciclónico 3 como un agente de oxidación. El gas enfriado es tratado por un sistema de control de contaminación del aire 8 antes de que el gas del producto final sea almacenado como un gas sintético combustible que contiene principalmente hidrógeno e hidróxido de carbono o el gas del producto final es comprimido en un compresor 9 para producir dióxido de carbono licuado . La presente invención puede ser incorporada en otras formas especificas sin salirse del espíritu o características esenciales de la misma. Ciertas adaptaciones y modificaciones de la presente invención serán obvias para aquellos expertos en la técnica. Por lo tanto, las modalidades anteriormente explicadas se consideran como ilustrativas y no restrictivas, siendo indicado el alcance de la presente invención por las reivindicaciones adjuntas, en vez de por la descripción anterior, y por lo tanto, se pretende que todos los cambios que se encuentran dentro del significado y rango de equivalencia de las reivindicaciones sean incorporados en las mismas.

Claims

26
NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes :
REIVINDICACIONES 1. Un aparato para el tratamiento de gases emitidos de un sistema de tratamiento de desechos, el cual comprende: (a) una cámara cilindrica recubierta con refractario que tiene un puerto de entrada para recibir el gas emitido y un puerto de salida; y (b) una antorcha de plasma energizada por corriente directa cercana al puerto de entrada dentro de dicha cámara, recibiendo la antorcha un gas de trabajo, incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxigeno; caracterizado porque la antorcha de plasma calienta la cámara y el gas emitido es convertido de este modo en un gas de salida, el cual es expulsado a través de dicho puerto de salida . 2. El aparato de conformidad con la 27 reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla de dióxido de carbono y oxigeno incluye entre el 15% y el 25% de oxigeno en volumen. 3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, el cual incluye además un inyector de oxigeno en comunicación con la cámara para inyectar oxigeno atomizado y un inyector de vapor en comunicación con dicha cámara para inyectar vapor atomizado.
4. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el inyector de oxigeno y el inyector de vapor incluyen boquillas de atomización resistentes al calor en comunicación fluida con dicha cámara.
5. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque incluye además un sensor conectado al puerto de salida para analizar el contenido del gas de salida y un controlador del proceso conectado al sensor para recibir datos del sensor y conectado a los inyectores para controlar la inyección de oxigeno y vapor.
6. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque incluye además un mezclador dinámico conectado a la 28 antorcha de plasma y que proporciona el gas de trabajo, recibiendo el mezclador un suministro de gas de oxigeno y un suministro de gas de dióxido de carbono caracterizado porque el mezclador mezcla los suministros de gas en respuesta a la señales de control del controlador del proceso.
7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la antorcha de plasma incluye una zona de plasma que opera a una temperatura mayor de 5000 °C.
8. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además sensores de temperatura dentro de la cámara, en donde la temperatura dentro de la cámara es mantenida en una temperatura mayor de 1300°C.
9. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara está colocada horizontalmente y la cámara incluye un extremo superior y un extremo inferior, y paredes laterales entre los mismos.
10. El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la antorcha de plasma penetra en el extremo 29 superior, el puerto de entrada incluye un tubo de entrada y el tubo de entrada penetra tangencialmente en la pared lateral y cercana al extremo superior.
11. ün método para tratar un gas emitido de un sistema de tratamiento de desechos, caracterizado porque comprende los pasos de: (a) recibir el gas emitido en un puerto de entrada de una cámara cilindrica recubierta con refractario; (b) calentar la cámara ionizando un gas de trabajo utilizando una antorcha de plasma energizada con corriente directa cercana al puerto de entrada dentro de la cámara, incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxigeno, convirtiendo de este modo el gas emitido en un gas de salida; y (c) expulsar el gas de salida de la cámara.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la mezcla de dióxido de carbono y oxigeno incluye entre el 15% y 25% de oxigeno en volumen.
13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque incluye además el paso de inyectar oxigeno atomizado y 30 vapor atomizado dentro de la cámara.
14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incluye además los pasos de analizar el contenido del gas de salida y controlar la inyección de oxigeno y vapor basado en el paso de análisis .
15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque incluye además un paso de mezcla de un suministro de gas de oxigeno y un suministro de dióxido de carbono para crear el gas de trabajo en un mezclador dinámico .
16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el paso de ionización es realizado en una zona de plasma a una temperatura de operación mayor de 5000°C.
17. El método de conformidad con la reivindicación 11, el cual incluye además un paso de medición de la temperatura dentro de la cámara, caracterizado porque la temperatura es mantenida en una temperatura mayor de 1300°C.
18. Un sistema de tratamiento de desechos para tratar desechos peligrosos, el cual comprende : (a) un paso primario de tratamiento de 31 desechos, recibiendo el paso primario de tratamiento de desechos los desechos peligrosos y produciendo un gas emitido derivado; (b) un paso secundario de tratamiento de desechos conectado al paso primario de tratamiento de desechos y que recibe el gas emitido, incluyendo el paso secundario de tratamiento de desechos: (i) una cámara cilindrica recubierta con refractario que tiene un puerto de entrada para recibir tangencxalmente dicho gas emitido y un puerto de salida; y (ii) una antorcha de plasma energizada con corriente directa cercana al puerto de entrada dentro de la cámara, recibiendo la antorcha un gas de trabajo, incluyendo el gas de trabajo una mezcla de dióxido de carbono y oxigeno; caracterizado porque la antorcha de plasma calienta la cámara y el gas emitido es convertido de este modo en un gas de salida, el cual es expulsado a través del puerto de salida.
19. El sistema de tratamiento de desechos de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la mezcla de dióxido de carbono y oxigeno incluye entre el 15% y el 25% 32 de oxigeno en volumen.
20. El sistema de tratamiento de desechos de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el paso primario de tratamiento de desechos incluye una cámara de gasificación/vitrificación y un sistema transportador conectado a la cámara de gasificación/vitrificación a través de una puerta hermética de gas, alimentando el sistema transportador desechos peligrosos sólidos dentro de la cámara de gasificación/vitrificación.
21. El sistema de tratamiento de desechos de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el sistema primario de tratamiento de desechos incluye una cámara de gasificación/vitrificación y un tubo de entrada conectado a la cámara de gasificación/vitrificación, alimentando el tubo de entrada desechos peligrosos líquidos o gaseosos dentro de la cámara de gasificación/vitrificación .
22. El sistema de tratamiento de desechos de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el paso primario de tratamiento de desechos incluye un 33 gasificador/fundidor de arco de plasma de electrodo de grafito.
23. El sistema de tratamiento de desechos de conformidad con la reivindicación 22, en donde el gasificador/fundidor de arco de plasma de electrodo de grafito incluye un par de electrodos de grafito separados sostenido cada uno por un sujetador de electrodo respectivo adherido a un brazo del electrodo movible, caracterizado porque los brazos del electrodo se pueden operar para ajusfar la distancia relativa entre el par de electrodos de grafito separados o entre los electrodos y un material derretido dentro del gasificador/fundidor de arco de plasma de electrodo de grafito, ajusfando de este modo la longitud del arco.