k 19 REGISTRO DE LA PROPIEDAD INDUSTRIAL ESPAÑA k 11 N. de publicación: ES 2 001 28 k 21 Número de solicitud: 81290 k 1 Int. Cl. 4 : CL /46 F23G /027 CB 3/00 //B09B 3/00 k 12 PATENTEDEINVENCION A6 k 22 Fecha de presentación: 22.08.86 k 73 Titular/es: PKA Pyrolyse Kraftanlagen GmbH D-7080 Aalen, DE k 4 Fecha de anuncio de la concesión: 01.0.88 k 72 Inventor/es: Wolf, Bernd M. k 46 Fecha de publicación del folleto de patente: 01.0.88 k 74 Agente: López Cortés, José k 4 Título: Procedimiento para la recuperación de gas aprovechable de basura por pirólisis. k 7 Resumen Procedimiento para la recuperación de gas aprovechable de basura por pirolisis por el cual se prensa la basura formando pellets o granulados de un tamaño de 1-0 mm, se lleva a un contenido de sustancia seca de por lo menos 7 % y a continuación se introduce en un tambor de destilación calentado (16), en el que se genera gas destilado y se separa de las sustancias residuales como ceniza y otras partículas. El gas destilado producido se descompone en gas combustible en un convertidor de gas (19) alimentando aire y en presencia de un lecho de carbón incandescente. La basura se separa antes en una fracción húmeda vegetable y una fracción ligera de peso más liviano, a cuyo efecto la fracción ligera se prensa a continuación a las briquetas, pellets o granulados y se desgasifica por pirolisis y la fracción húmeda se conduce a una planta de biogas (13) para la formación de gas metano. Venta de fascículos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panamá, 1 28036 Madrid
1 2 001 28 2 DESCRIPCION La presente invención se refiere a un procedimiento para la recuperación de gas aprovechable de basura por pirolisis, a cuyo efecto se prensa la basura formando pellets o granulados en un tamaño de 1-0 mm, se deshidrata previamente a un contenido de sustancia seca de por lo menos 7 % y a continuación se introduce en un tambor de destilación, en el cual se genera gas destilado y se separa de las sustancias residuales como ceniza yotraspartículas, y a cuyo efecto el gas destilado producido se descompone en gas combustible en un convertidor de gas alimentando aire y en presencia de un lecho de carbón incandescente. Un procedimiento de este tipo y una planta para ello se describe en la DE-OS 33 47 64. Por este procedimiento se retiene sin carga ambiental especial, gas aprovechable de la basura, con lo que sobre todo no surgen problemas de alto coste en cuanto al tratamiento del agua residual, aunque es inoportuna la elevada proporción de amonio en el agua residual. Al mismo tiempo se consigue con ello un rendimiento relativamente bueno, con lo que puede llegarse a un exceso de energía de 0 % y más. El núcleo del procedimiento lo constituye aquí una pirolisis de baja temperatura en un tambor de destilación. El gas obtenido por la misma, que se trata posteriormente en procesos subsiguientes, se emplea aquí para la propulsión de turbinas de gas. La destilaciónabajatemperatura de las sustancias residuales se efectúa con amplio cierre al aire en un campo de temperaturas inferior a 0 C, para impedir entre otros una gasificación de los metales pesados existentes en la basura y una oxidación de los metales pesados a continuación, ya que óxidos de metales pesados ya no son reciclables y por tanto originan daños ambientales. Pero la pirolisis en el campo de temperaturas citado tiene como consecuencia, que en las sustancias residuales de la pirolisis, permanece una elevada proporción de carbono, que hasta ahora estaba substraido a una utilización energética. Si en la basura existe una elevada proporción de vegetales, la proporción de carbono en la sustancia residual de la pirolisis puede ser de hasta por ciento en peso. En la pirolisis de basura doméstica, la proporción de carbono es de aproximadamente 18 %. Es también un inconveniente, que los vegetales posean un alto contenido de agua, que por término medio puede ser superior al 0 %. Puesto que el poder calorífico de estos vegetales es muy bajo y el contenido de energía primaria existente en esta fracción vegetal no puede aprovecharse plenamente, estos vegetales incluyen también negativamente en la recuperación de energía total en el tratamiento de basuras. La presente invención se basa por lo tanto, en la misión de perfeccionar el procedimiento descrito al principio, de modo que conservando una pirolisis a baja temperatura, la obtención de la energía resultante de ella, vuelva a mejorarse, y también tiene lugar otra mejora de los problemas del agua residual en lo que respecta al contenido de amonio. Según la invención,seresuelveesteproblema 1 2 4 0 6 porque la basura se separa en una fracción húmeda vegetal y una fracción ligera de peso más liviano, acuyoefectolafracción ligera se prensa a continuación formando briquetas, pellets o granulados y se desgasifica por pirolisis y la fracción húmeda se conduce a una planta de biogas para la formación de gas metano. Por la clasificación y elaboración separada de la basura, se consigue un aumento ulterior de la recuperación de energía, La fracción ligera separada, la cual tiene esencialmente menos agua que la húmeda, y por tanto más dificilmente vegetales, puede tratarse en forma tradicional por la pirolisis a baja temperatura, con lo que, por la conocida compresión de agua precedente y evaporación a granulado, puede elaborarse con un valor de sustancia seca normal de 8 %. Debido a ello aumenta considerablemente el poder calorífico del gas puro de la pirolisis. Los vegetales clasificados, no son ya generalmente adecuados, para un compostaje debido a su elevada carga con metales pesados. Pero según la invención se trata esta fracción humeda vegetal en una planta de biogas bacterianamente, en un fermentador de varias etapas, mediante bacterias adecuadas biológicamente al gas metano. Como es sabido, se produce sin entrada de aire de sustancias orgánicas por fermentación, un gas conteniendo metano, que puede emplearse asimismo para el funcionamiento de una turbina de gas ó de un motor de gas. Fundamentalmente, es ya conocida la obtención de gas metano de vegetales por una planta de biogas, pero era antieconómica. En conexión con una pirolisis a baja temperatura, conduce sin embargo a una inesperada mejora de toda la instalación. Asínoseproduceningún agua sobrante de la basura. La proporción existente se transforma totalmente en gas del agua, en el convertidor de gas. Sustancias nocivas existentes se concentran en el agua de lavado, por lo que sólo hay que reponer una parte de la misma. Debido a que el calor que se produce en la pirolisis a baja temperatura, puede conducirse a la planta de biogas, la cual tiene el correspondiente consumo de calor por lo que mejora claramente su rendimiento. Así por ejemplo, puede introducirse en la planta de biogas la sustancia residual de la pirolisis que se produce en el tambor de destilación. Además de la recuperación de calor, puede tratarse de esta manera, al mismo tiempo, en la formación de gas metano, la proporción de carbono contenido en la sustancia residual de la pirolisis. Como planta de biogas, puede emplearse una planta de biogas de fases separadas, (fase de ácido, de ácido acético, de metano). También es ventajoso el que el condensado de vapor de vahos que se produce con la granulación y/o secado de la fracción ligera, sea introducido o bien agregado por mezclado en la etapa de hidrolisis para la lixiviación de las sustancias biológicas. De este modo se emplea la elevada temperatura del condensado de vapor de vahos para el precalentamiento en la planta de biogas. También tiene lugar debido a ello un tratamiento biológico y una coutilización energética de la proporción de amonio contenida en la condensación de va- 2
3 2 001 28 4 por de vahos, que puede ser de hasta aproximadamente 0 g/cm 3 y que no es deseable con una desviación al sistema de alcantarillado debido a su acción destructora del hormigón. En otra estructuración, puede estar previsto que el concentrado de agua de lavado, que se produce en el lavado, filtraje y refrigeración del gas de pirolisis, se introduzca en la planta de biogas, con lo que los componentes orgánicos del concentrado de agua de lavado sirven asimismo como materia base para la formación bacteriana de gas metano. El concentrado de agua de lavado contiene además de fenoles otras materias orgánicas que pueden emplearse para cubrir las necesidades de 1 calor y su aprovechamiento energético. El concentrado de agua de lavado a modo de lodo contiene además bacterias, que pueden acelerar de este modo la formación de gas metano. Según la invención puede estar previsto además que las sustancias residuales que quedan después de la biogasificación se agreguen por mezcla a hornos de cúpula para el refino de metales. Las sustancias residuales manifiestan un alto contenido de metales pesados o combinaciones de 2 metales pesados no oxidados y sustancias minerales o inertes, que pueden emplearse en la preparación de fundición o bien refino de acero. De este modo también se aprovechan de huevo estas sustancias residuales y se evita una eventual carga ambiental. Lo mismo es válido para la sustancia residual de la pirolisis, la cual como ya se ha dicho se conduce a la planta de biogas. Igualmente es también posible evacuar y gasificar por la planta de biogas lodo de clarificación de depósitos o plantas ajenas. Para ello se puede añadir mezclando el lodo de clarificación de la planta de biogas, por ejemplo de la etapa de hidrolisis. Lo mismo vale para composiciones en bruto. Las ventajas esenciales del procedimiento según la invención consisten en que: 1) El rendimiento en gas, reunido de una tonelada de basura doméstica, de acuerdo con su valor medio estadístico de su composición químicofísica puede ser de más de 80 Nm 3 4 con un poder calorífico de más de 4.20 MJ. 2) Ya solo queda aproximadamente 20 kp por tonelada (valor de la sustancia seca) de sustancias ya no desintegrables o todavía no 0 del todo desintegradas. Estas sustancias residuales son biológicamente estables, es decir que ya no se desintegran más bajo condiciones normales en la naturaleza. Pueden llevarse a un depósito o en virtud del alto contenido en metales pesados tratarse de nuevo, lo que puede hacerse por ejemplo después de un tratamiento previo adecuado añadiéndolas a la colada de acero para el refinado del acero. 3) Sólo aproximadamente 20 l por tonelada de aguas residuales de basuras domésticas con contenido de amonio esencialmente disminuido se conducen a una zanja de desagüe 6 o bien a una planta depuradora. 4) Una eliminación de resíduos muy agradable al ambiente, con aprovechamiento óptimo de energía al mismo tiempo que está garantizado por la energía primaria contenida en los resíduos. Debido a la reducida pérdida en el transporte de las sustancias residuales de la pirolisis, asícomo del concentrado de agua de lavado, del lavado de gas de la instalación de pirolisis, tampoco es absolutamente necesario, que la planta de biogas se halle en el mismo lugar del emplazamiento. La planta de biogas puede montarse y funcionar por ejemplo, en el mecanismo clasificador y granulador de basuras, preferentemente para su abastecimiento energético. Instalaciones de pirolisis que funcionan con el granulado según la invención, deben montarse y funcionar preferentemente en el lugar de emplazamiento de cualquier consumidor de calor. Los vehículos que suministran granulado pueden transportar entonces en el viaje de regreso sustancias residuales de pirolisis y concentrado de agua de circulación al dispositivo granulador y a la planta de biogas para su aprovechamiento allí. Acontinuación se describe con base en el plano, un ejemplo de realización de la invención, del que se deducen otras características según la invención, en principio a base de un esquema de flujos. La basura a tratar llega por una cinta transportadora (1) a una trituradora primaria (2) para la fragmentación gruesa. La trituradora previa puede ser por ejemplo un molino de mazos. A través de un canal transportador (3) y otra cinta transportadora (4), en la que se separa la chatarra conundispositivoseparadormagnético (), llega la basura a una instalación clasificadora (6). La instalación clasificadora (6) puede ser por ejemplo, un separador de cilíndros dentados con cilíndros giratorios, con lo que la fracción húmeda vegetal más pesada, cae a un recipiente (7) ubicado debajo. La fracción de peso más liviano se conduce al final de la instalación clasificadora para el tratamiento por el procedimiento de pirolisis a través de otra cinta transportadora (8) a otro dispositivo fragmentador (9). Con ello se evacua de nuevo una fracción de material pesado de acuerdo con la flecha (9A). A continuación del dispositivo fragmentador (9) hay acoplado un hidrociclón (), en el que nuevamente se separan partes pesadas, que a través de una tubería (11) junto con la fracción húmeda del recipiente (7) se conduce a través de una tubería de alimentación (12) a una planta de biogas (13). Desde el hidrociclón () llega la fracción ligera a una termo-prensa de tornillo sinfín (14), en donde la fracción ligera se desmenuza a aproximadamente 1 - Cengranuladosdeuntamaño de aproximadamente 1-0 mm. El funcionamiento de la termo-prensa de tornillo sinfín y asimismo de los aparatos y dispositivos que van acoplados después de la pirolisis a baja temperatura responden en esencia a los dispositivos que se han descrito por ejemplo en la DE-OS 33 47 4. Los granulados llegan a través de una compuerta de rueda celular (1), a un tambor de destilación (16), en el que a temperaturas de - 0 C se produce gas destilado en forma conocida, que a través de una 3
2 001 28 6 tubería de extracción (17) y un dispositivo separador de polvo (18) se conduce a un convertidor de gas de alta temperatura (19). En el convertidor de gas de alta temperatura (19) tiene lugar el tratamiento o bien transformación del gas destilado através de un lecho de carbón, un convertidor de gas de este tipo se describe por ejemplo en la DE-OS 33 17 977. El gas tratado llega después de pasar por un intercambiador de calor (), una torre de aspersión de agua (21), un soplante (22) y otro ciclón de limpieza (23) a través de un separador de gotas (24) y una tubería de gas (2a) un gasómetro (26). El gasómetro (26) es en general necesario para la compensación de fluctuaciones de gas. En caso de suministro de demasiado gas, a través de una tuberia secundaria (27) puede conducirse el gas sobrante a un dispositivo quemador por tea (28). Desde el gasómetro (26) llega el gas a un motor de gas (29), que está unido a un generador (). A través de una tuberia de gas de salida (31) se conducen los gases de salida quemados a una chimenea (32). Através de una tubería (33) recibe agua el convertidor de gas (19) y a través de una entrada de coque (34) recibe coque. La ceniza se evacúa a través de una tubería de extracción (). Para el ahorro de energía, puede haberse previsto también una tuberia de retorno de coque (36). De la tubería de gas (2) se bifurca una tubería secundaria (37), la cual conduce a un quemador de gas (38) que sirve para la aportación de calor al tambor de destilación (16). Durante la fase de arranque sirve un quemador de aceite (39) para el calentamiento del tambor de destilación. Más adelante, en el servicio contínuo, la demanda de calor necesario para el tambor de destilación puede cubrirse exclusivamente por el quemador. El gas de lavado producido en la depuración del gas llega a un depósito de agua de lavado () y a continuación a un dispositivo filtrador (41). Sustancias sólidas separadas en el dispositivo filtrador (41) llegan por una tubería (42) al recipiente de ceniza (43), en el que también se introduce la ceniza procedente del convertidor de gas (19). A través de una tubería de extracción (44) se evacúan las sustancias residuales del recipiente de ceniza (43) y a través de un sistema de introducción, preferentemente a través de la compuerta de rueda celular (1), se retornan al tambor de destilación (16). Este retorno tiene la ventaja según la invención de que hidrocarburos aromáticos policíclicos, como por ejemplo fluoranteno, pireno, benzo-a-antraceno, criseno, los cuales pueden formarse durante el proceso crack del gas destilado en el convertidor de gas y que principalmente están unidos a las partículas de sustancias sólidas de la torta de filtración separada de la instalación de filtraje del lavado de gas (41), vuelven a desdoblarse en el proceso de pirolisis en combinaciones de peso molecular más bajo, mientras que las sustancias sólidas que quedan son separadas por el dispositivo separador de polvo y las demás extracción de sustancias residuales de la pirolisis () en parte predominante de la circulacióndel procedimiento de pirolisis. Al mismo tiempo se concentra por ello, en un único punto, la extracción de sustancias sólidas de la instalación de pirolisis que precisa de una vigi- 1 2 4 0 6 lancia. El agua de lavado depurada llega del dispositivo filtrador (41) a través de una tubería de retorno (4) después de pasar por una torre de refrigeración (46), de nuevo, de vuelta a la torre de aspersión (21). Una parte del agua de lavado depurada, es introducida en una instalación neutralizadora de agua de lavado (47), en la que también se introduce a través de una tuberia (48) el condensado de vapor de vahos de la termo-prensa de tornillo sinfín (14), siempre que no pueda conducirse preferentemente a través de la tubería (6) al recipiente previo (3) de la planta de biogas. Desde la instalación neutralizadora de agua de lavado (48) llega el agua de lavado a una instalación de tratamiento por cargas de agua de circulación (48). La depuración química del agua de lavado tiene lugar en forma conocida por medio de productos químicos idóneos, que se introducen a través de tuberías (49) en la instalación de tratamiento. Como productos químicos para ello se emplea por ejemplo NaOH, H 2 O 2,H 2 SO 4 etc. Por una tubería de circulación (0) se conduce el agua de lavado a través de un filtro de aire (1) para la eliminación de espumas, a cuyo efecto se evacúan gases de salida a través de una tubería (2) por la chimenea (32). El agua depurada química y mecánicamente llega desde la instalación de tratamiento por cargas de agua de circulación (48) a través de una tuberia (2) a un recipiente previo (2) para la planta de biogas. Al recipiente previo (3) llegan también a través de la tubería (12) los vegetales húmedos. Asimismo puede añadirse en el recipiente en caso necesario lodo de la clarificación, estiercol en bruto o similares. Esto está indicado por la flecha 4. La sustancia residual de la pirolisis, que contiene una alta proporción de carbono, llega a través de una tubería () (véase en la figura, a la derecha) y en la parte izquierda hacia fuera asimismo al recipiente previo (3). La proporción de carbono en la sustancia residual de la pirolisis puede tratarse generalmente en más del 80 % biológicamente para fommación de gas metano. Como se ve, también el condensado de vapor de vahos se introduce a través de la tubería (6) directamente o después de pasar por el tratamiento por cargas de agua de circulación (48) y la tuberia (2), al recipiente previo (3). En el condensado de vapor de vahos están contenidos asimismo fenoles y/o otros hidrocarburos, que pueden elaborarse biológicamente. Igualmente posee el condensado de vapor de vahos una mayor proporción de amonio y puede conducirse así como sustancia de la hidrolisis a la planta de biogas ventajosamente. Desde el recipiente previo (3) llegan las sustancias a tratar en la planta de biogas (13) a una etapa de hidrolisis o bien hidrogenador (6). A la etapa de hidrolisis (6) se empalma un intercambiador de calor de contracorriente de gran capacidad (7), que recibe su calor a través de una tubería de agua caliente (62), que se bifurca de la torre de refrigeración (46) de la planta depuradora de agua de lavado y que al substrato lo lleva a la temperatura propicia para la biogasificación de 22 C en la zona de entrada en la primera fase del fermentador (planta de biogas). En 4
7 2 001 28 8 el fondo de la cámara de fermentación (67), una unidad de serpentín de tubo, abastecida también por la tubería de agua caliente (62) determina el aumento de temperatura en la zona del metano de la cámara de fermentación de 33-37 C. De esta manera se emplea el calor sobrante de la instalación de pirolisis para la planta de biogas (13). También en el agua de lavado conducida por la tubería (2) hay todavia una energía calorifica, que asimismo es de utilidad para la planta de biogas y aumenta decisivamente la economicidad de la planta de biogas, ya que plantas de biogas tradicionales sin un intercambio de calor consumen en invierno hasta 0 % de los portadores de energia producidos por ella para cubrir el consumo de calor propio. La planta de biogas (13) está estructuradaen la forma habitual. Puede ser una planta de biogas de fases separadas, con lo que en la caja (63) en la zona superior reina una fase ácida normal mientras que en la zona inferior existe una fase de ácido acético. Alrededor de la caja central, se encuentra dispuesta en el exterior la fase de gas metano, la cual condicionada por la construcción, garantiza la ausencia estricta de oxígeno, puesto 1 2 que la desintegración del oxígenohatenidoyalugar en la zona ácida. El gas metano producido se extrae a través de una tuberia de gas metano (9) y se conduce a través de un regulador () y un compresor (61), de la tuberia de gas (2) o de la planta de lavado de gas de la instalación de pirolisis a la depuracion de H 2 Senelcasodesernecesario. El resíduo de la fermentación procedente del fermentador (planta de biogas (13)), se extrae con aproximadamente 4 % de sustancia seca, através de tuberías de aspiración flotantes (66) y se conduce a un dispositivo de deshidratación previa (68) y debido a ello se lleva a aproximadamente % de sustancia seca. Las sustancias sólidas contenidas en el resíduo de la fermentación se llevan a través de una prensa secadora (69) a aproximadamente 8 % de sustancia seca, el agua fermentada se recoge en una laguna (70) y caso necesario, se conduce a la planta de tratamiento (48) o directamente al alcantarillado. Las sustancias separadas en la planta de tratamiento por cargas de agua de circulación (48) llegan a través de una tubería (64) a una planta depuradora. 4 0 6
9 2 001 28 REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la recuperación de gas aprovechable de basura por pirólisis, a cuyo efecto se prensa la basura formando pellets o granulados de un tamaño de 1-0 mm. con un contenido de sustancia seca de por lo menos 7 % y a continuación se introduce en un tambor de destilación calentado en el que se genera gas destilado y se separa de las sustancias residuales como ceniza y otras partículas, y a cuyo efecto el gas destilado producido se descompone en gas combustible en un convertidor de gas alimentando aire y en presencia de un lecho de carbón incandescente, caracterizado porque la basura se separa en una fracción húmeda vegetal y una fracción ligera de peso más ligero, a cuyo efecto la fracción ligera se prensa a continuación en forma de briquetas, pellets o granulados y se desgasifica por pirólisis y la fracción húmeda se conduce a una planta de biogas (13) para la fomación de gas metano. 2. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque la sustancia residual de la pirólisis, que con la pirólisis se produce en el tambor de destilación (16) se introduce en la planta de biogas (13). 3. Procedimiento según reivindicación 2, caracterizado porque como planta de biogas se emplea una planta de biogas de fases separadas (13). 4. Procedimiento según reivindicación 1 a 3, caracterizado porque el condensado de vapor de incubaciónqueseproduceenlagranulación y/o secado de la fracción ligera se introduce o bien agrega mezclando en un recipiente previo (3) o en la etapa de hidrólisis (6) para la lixiviación de las sustancias biológicas.. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la torta de filtración, es decir las sustancias sólidas separadas en el filtraje del gas de pirólisis en el dispositivo filtrador (41) se introducen en el tambor de destilación (16) para la destrucción de hidrocarburos aromáticos policíclicos enlazados. 1 2 4 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a, caracterizado porque el concentrado de agua de lavado que se produce en el lavado, filtraje y refrigeración del gas de pirólisis es introducido en la planta de biogas (13), a cuyo efecto los componentes orgánicos del concentrado de agua sirven asímismo de materia prima para la formación bacteriana de gas metano. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las sustancias residuales que quedan después de la biogasificación se agregan mezclando en hornos de cúpula para el refino de acero. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en la planta de biogas (13) se introduce lodo de clarificación y/o estiercol en bruto. 9. Planta para la realización del procedimiento segúnunadelasreivindicaciones1a8conun dispositivo triturador de basura, con un dispositivo desecador y un tambor de destilación calentado indirectamente, que posee una entrada por lo menos aproximadamente impermeable al gas, una salida para sustancias residuales sólidasyuna tubería de evacuación del gas destilado, caracterizada porque para la separación de la fracción húmeda de la fracción ligera hay previsto un dispositivo seleccionador (16), a cuyo efecto hay empalmada a la salida (7,12) para la fracción humeda vegetable una planta de biogas (13) y a la salida (8) para la fracción ligera un dispositivo para la granulación de la basura y para su calentamiento (14), después del cual sigue un tambor de destilación (16) para la producción de gas destilado.. Planta según reivindicación 9, caracterizada porque la tubería del condensado (8) del dispositivo para la granulación de la basura y su calentamiento es conducida al recipiente previo (3) y/o al fondo del gas de fermentación (67) de la planta de biogas. 11. Procedimiento para la recuperación de gas aprovechable de basura por pirólisis. 0 6 6
2 001 28 7