ES2570812B1 - Procedimiento para la hidrólisis térmica en continuo de materia orgánica y una instalación apta para la puesta en práctica del procedimiento - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la hidrólisis térmica en continuo de materia orgánica y una instalación apta para la puesta en práctica del procedimiento.#Procedimiento para la hidrólisis térmica en continuo de materia orgánica, que comprende al menos las etapas de#a) presurizar materia orgánica de partida a una presión de consigna P1;#b) mezclar en línea materia orgánica presurizada con vapor para obtener una mezcla a una temperatura controlada de consigna T1, seleccionada inferior a la temperatura de saturación de la mezcla;#c) introducir en continuo la mezcla obtenida, que encuentra en una fase líquida, en un reactor de hidrólisis;#d) extraer en continuo mezcla hidrolizada del reactor de hidrólisis; y#e) despresurizar súbitamente la citada mezcla hidrolizada separando una fracción líquida de una fracción vapor, que es recuperado;#en el que el vapor empleado para producir la mezcla en la etapa b) comprende vapor recuperado en la operación e) que es recomprimido.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para la hidrolisis termica en continuo de materia organica y una instalacion apta para la puesta en practica del procedimiento
Sector tecnico de la invencion
La invencion se refiere a un procedimiento para la hidrolisis termica en continuo de materia organica, tal como lodos con bajo contenido de solidos, asi como a una instalacion apta para la puesta en practica del procedimiento.
Antecedentes de la invencion
El proceso de hidrolisis termica del lodo producido en las plantas de tratamiento de aguas residuales es un proceso conocido. El proceso de hidrolisis termica se basa en someter el lodo a un estado de presion y temperatura durante un periodo de tiempo determinado y provocando una descompresion subita posterior.
Este lodo hidrolizado presenta una ruptura de las membranas celulares, por lo que es mas facilmente digerible por las bacterias en el proceso posterior de digestion, mejorando su rendimiento y pudiendose aumentar la production de biogas.
El proceso de hidrolisis termica es un proceso endotermico, que requiere un aporte de energia en condiciones suficientes para conseguir tanto la temperatura de consigna como la presion de consigna requeridas por la reaccion.
El aumento de presion se realiza mediante bombeo y tiene un consumo conocido y bajo, sin embargo el aporte de energia calorifica supone un alto coste operativo. Por ello es importante la optimization a nivel de diseno de los procesos de hidrolisis termica, para minimizar la cantidad de energia primaria necesaria. Esta mejora se puede conseguir mediante metodos de recuperation de la energia disipada en la descompresion subita y/o el aprovechamiento del energia que se disipa con el lodo hidrolizado. Por otro lado la realization de procesos de hirdrolisis termica en continuo favorecen la disminucion del tamano de la instalacion y consecuentemente su coste de inversion.
Es un objetivo de la presente invencion un procedimiento mediante el cual puedan minimizarse los costes de inversion y tambien los costes operativos o de funcionamiento.
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Por lo que a costes operativos o de funcionamiento se refiere, en la actualidad se conocen propuestas esencialmente dirigidas a mejorar el aprovechamiento energetico del procedimiento de hidrolisis, que conlleva a una reduction de costes de explotacion.
Este es el caso por ejemplo de los procedimientos que contemplan una etapa de precalentamiento del lodo y en los que dicho lodo y el vapor empleado para alcanzar las condiciones en el reactor se encuentran a la misma temperatura lo que conlleva que conviven tanto en el precalentador como en el reactor un liquido (lodo) y un gas (vapor) en saturation.
Por una parte, uno de los grandes inconvenientes de este tipo de procesos es que una pequena disminucion en la presion provoca una vaporization de una parte de la fase liquida. Por ejemplo, en las bombas de trasiego de ese lodo existen puntos donde la presion disminuye momentaneamente provocando una vaporizacion y posterior colapso en cuanto la presion vuelve a aumentar por el propio proceso de la bomba. Este fenomeno, conocido como cavitation, disminuye la fiabilidad de los equipos de la instalacion.
Esto conlleva una serie de problemas tecnicos que hacen que la implementation de tales procedimientos no sea factible a nivel industrial, pues los equipos no estan preparados para trabajar en los puntos y en las condiciones de trabajo que el proceso demanda o requeriria.
Por otro parte, en la etapa de precalentamiento del lodo, la presion a la que se realiza este precalentamiento ha de ser una presion inferior a la presion de descompresion subita posterior, que se lleva a cabo en una camara o tanque flash. Este hecho hace que posteriormente a la etapa de precalentamiento sea preciso bombear el lodo que, como se ha comentado anteriormente, esta en estado de saturacion y genera problemas de cavitacion en los equipos.
Es por lo tanto tambien un objetivo de la invention un procedimiento que supere estos inconvenientes.
Explication de la invencion
El procedimiento para la hidrolisis termica en continuo de materia organica de acuerdo con la invencion, comprende al menos las etapas de
a) presurizar materia organica de partida a una presion de consigna P1;
b) mezclar en lmea materia organica presurizada con vapor para obtener una mezcla a una
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temperatura controlada de consigna T1, seleccionada inferior a la temperatura de saturation de la mezcla para garantizar que la mezcla este en fase Kquida;
c) introducir en continuo la mezcla obtenida, que encuentra en una fase Kquida, en un reactor de hidrolisis;
d) extraer en continuo mezcla hidrolizada del reactor de hidrolisis; y
e) despresurizar subitamente la citada mezcla hidrolizada separando una fraction liquida de una fraccion vapor, que es recuperado;
en el que el vapor empleado para producir la mezcla en la etapa b) comprende vapor recuperado en la operation e) que es recomprimido.
La elimination de una etapa de precalentamiento y el hecho de mantener la mezcla en fase liquida permite superar los inconvenientes de los procedimientos conocidos. Ventajosamente, el procedimiento de la invention es un procedimiento fiable, puesto que el estado de la tecnologia actual hace que los equipos necesarios para su implementation trabajen dentro de sus rangos normales de funcionamiento.
Asi pues, en una variante preferida de la invencion la materia organica de partida se encuentra a temperatura ambiente.
El procedimiento esta indicado para que la presion de trabajo del reactor de hidrolisis se mantenga por encima de la presion de saturacion de la mezcla a la temperatura que se realice el proceso.
A diferencia de los procedimientos conocidos, la recuperation de energia se realiza mediante metodos de recompresion de vapor.
En una variante preferida del procedimiento, la materia organica de partida se encuentra a temperatura ambiente.
En una variante del procedimiento, el vapor recuperado es recomprimido mediante metodos de recompresion de vapor mecanicos, termicos o una combination de ambos.
Segun una forma de realization, el vapor empleado para producir la mezcla en la etapa b) es obtenido de mezclar vapor nuevo con el vapor recuperado de la etapa e) que es recomprimido.
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La invention preve que el vapor recuperado sea en un primera paso recomprimido mediante un compresor de vapor que eleva su presion de entre 4 a 6 bar.; y que posteriormente en un segundo paso el vapor recomprimido mecanicamente sea comprimido termicamente mediante su mezcla con vapor nuevo, siendo la presion diferencial aportada en este segundo paso de entre 1 a 1,5 bar.
En una variante de la invencion, la mezcla en lmea de materia organica presurizada y vapor se lleva a cabo en una valvula mezcladora Kquido-vapor.
Preferentemente, la Temperatura de consigna T1, que esta comprendida entre 130 a 190°C, es inferior entre 5 y 10°C a la Temperatura de saturation de la mezcla para la presion P1, que esta comprendida entre 3 a 16 bar.
El tiempo de permanencia de la mezcla en el reactor de hidrolisis es preferentemente de 5 a 60 min.
En una variante, la tapa e) de despresurizar se lleva a cabo mediante una valvula de regulation que provoca una presion deferencial de entre 4-8 bar.
En una variante, la fraction liquida obtenida en la tapa e) de despresurizar se encuentra a una presion suficiente para bombear por diferencia de presion dicha fraccion liquida a unos tanques de digestion.
Segun otro aspecto de la invencion, se da a conocer una instalacion para la puesta en practica del procedimiento reivindicado.
Esta instalacion, especialmente apta para lodos con un contenido bajo en solidos, comprende
- unos medios de alimentation de la materia organica de partida que comprenden un conducto y una bomba de suministro capaz de elevar la materia organica circulante a una presion de consigna P1 absoluta de entre 3 y 16 bar;
- un dispositivo mezclador, conectado a los medios de alimentacion y a una fuente de vapor, adecuado para mezclar la materia organica presurizada con el vapor y obtener una mezcla en estado liquido a una temperatura controlada T1 de consigna, de entre 130° y 190°C, inferior a la temperatura de saturacion de la mezcla obtenida,
- un reactor de hidrolisis con al menos una entrada y una salida, estando la entrada conectada
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a la salida del dispositivo mezclador y estando el reactor preparado para mantener la mezcla a unas condiciones de presion absoluta de entre 3 y 16 bar y a una temperatura de entre 130 y 180°C durante su permanencia dentro del reactor;
- una valvula de regulation, conectada a la salida del reactor de hidrolisis, capaz de procurar la descompresion de la mezcla hidrolizada que sale del reactor;
- una camara de expansion, conectada a la valvula de regulacion, donde se separa una fraction liquida de una fraction vapor, que es recuperado;
- al menos un dispositivo de recompresion del vapor recuperado en la camara de expansion; y
- al menos un dispositivo de mezcla para anadir vapor nuevo al vapor recuperado y recomprimido, que procura la fuente de vapor conectada al dispositivo mezclador.
Breve descripcion de los dibujos
La Fig. 1, es un esquema de una instalacion de acuerdo con la invention.
Descripcion detallada de una forma de realization
La instalacion 1 de la Fig. 1 es un ejemplo de una instalacion para la hidrolisis termica en continuo de materia organica, especialmente apta para lodos con un contenido bajo en solidos.
A continuation se indica, en referencia al esquema de la Fig. 1, las etapas del procesdimiento y los equipos que incorpora la instalacion de ejemplo para su implementation.
La materia organica a hidrolizar, en el ejemplo un lodo de partida 3 a temperatura ambiente, es alimentado por medio de unos medios de alimentation 2 que en el ejemplo comprenden un conducto 4 y una bomba de suministro 5 capaz de elevar el lodo circulante a una presion de consigna P1 absoluta de entre 3 y 16 bar.
La instalacion 1 comprende aguas abajo de la bomba de suministro 5 un dispositivo mezclador 6, conectado por un lado a los medios de alimentacion 2 y por otro lado a una fuente de vapor 7 a una presion Pv inferior o igual a la presion P1 de consigna. El dispositivo mezclador 6, que puede ser una valvula mezcladora liquido-vapor, mezcla la materia organica presurizada con el vapor, obteniendose una mezcla 8 que contiene lodo en estado liquido calentado.
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Es caracteristico del procedimiento que dicho calentamiento se realiza mediante un mezclado en lmea, controlando que temperatura de la mezcla 8 obtenida sea una temperatura controlada T1 de consigna inferior a la temperatura de saturation de la mezcla, en aras de obtener una mezcla 8 en estado liquido. En el ejemplo la Temperatura T1 de consigna puede ser inferior entre 5 y 10°C a la Temperatura de saturacion para la presion P1, estando comprendida dicha Temperatura T1 de consigna entre 130° y 190°C.
La mezcla 8, en fase liquida, se introduce en un reactor 9 de hidrolisis por una entrada 9a, provista a tal efecto en su parte superior, y es extraida por una salida 9b, provista en la parte inferior del reactor. El balance de la materia que es introduce y se extrae del reactor 9 es, en el ejemplo, de cero.
La presion de trabajo en el reactor 9 se mantiene por encima de la presion de saturacion a la temperatura que se realice el proceso de forma que la mezcla 8 de lodo y vapor permanece en fase liquida.
Las dimensiones del reactor 9 se seleccionan para que el tiempo de permanencia de la mezcla 8 sea el adecuado, estando preferentemente comprendido entre 5 y 60 min.
Adicionalmente, el reactor 9 esta provisto en su interior de un mecanismo de agitation para evitar posibles problemas en fases de arranque y parada de la instalacion 1.
Una valvula de regulation 10, conectada a la salida 9b del reactor 9 de hidrolisis, procura la descompresion subita de la mezcla hidrolizada 11 extraida del reactor 9.
En esta etapa de descompresion subita se produce la rotura de las paredes celulares del lodo contenido en la mezcla hidrolizada 11. La descompresion se lleva a cabo mediante una valvula de regulacion, que provoca una presion deferencial de entre 4-8 bar respecto de la presion P1 de consigna, y se confina en una camara de expansion 12, conectada a la valvula de regulacion 10, en donde se separa una fraction liquida 13 de una fraction vapor 14, que es recuperado.
En el ejemplo, este vapor 14 recuperado es sometido en un primer paso a una recompresion mecanica por medio de un dispositivo de recompresion 15, en la forma de un compresor, siendo la presion diferencial aportada en este paso de entre 4 a 6 bar.. Posteriormente, en un
segundo paso el vapor recomprimido 18 mecanicamente es comprimido termicamente mediante su mezcla, en un dispositivo de mezcla 16 basado en el efecto Venturi, con vapor nuevo 17, siendo la presion diferencial aportada en este segundo paso de entre 1 a 1,5 bar., obteniendose la fuente de vapor 7 que alimenta al dispositivo mezclador 6.
Claims (14)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. - Procedimiento para la hidrolisis termica en continuo de materia organica, que comprende al menos las etapas dea) presurizar materia organica de partida (3) a una presion de consigna P1;b) mezclar en lmea materia organica presurizada con vapor (7) para obtener una mezcla (8) a una temperatura controlada de consigna T1, seleccionada inferior a la temperatura de saturation de la mezcla para garantizar que la mezcla este en fase liquida;c) introducir en continuo la mezcla (8) obtenida, que encuentra en una fase liquida, en un reactor (9) de hidrolisis;d) extraer en continuo mezcla hidrolizada (11) del reactor (9) de hidrolisis; ye) despresurizar subitamente la citada mezcla hidrolizada separando una fraction liquida (13) de una fraccion vapor, que es recuperado (14);en el que el vapor (7) empleado para producir la mezcla en la etapa b) comprende vapor recuperado (14) en la operation e) que es recomprimido.
- 2. - Procedimiento segun la revindication 1, caracterizado porque la materia organica de partida (3) se encuentra a temperatura ambiente.
- 3. - Procedimiento segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la presion de trabajo del reactor (9) de hidrolisis se mantiene por encima de la presion de saturacion de la mezcla (8) a la temperatura que se realiza el proceso.
- 4. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el vapor recuperado (14) es recomprimido mediante metodos de recompresion de vapor mecanicos, termicos o una combination de ambos.
- 5. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el vapor (7) empleado para producir la mezcla (8) en la etapa b) es obtenido de mezclar vapor nuevo (17) con el vapor recuperado (14) de la etapa e) que es recomprimido.
- 6. - Procedimiento segun las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque el vapor recuperado (14) es en un primera paso recomprimido mediante un compresor de vapor que eleva su presion de entre 4 a 6 bar.; y posteriormente en un segundo paso el vapor recomprimido (18) mecanicamente es comprimido termicamente mediante su mezcla con vapor nuevo (17),5101520253035siendo la presion diferencial aportada en este segundo paso de entre 1 a 1,5 bar.
- 7. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado porque la mezcla en lmea de materia organica presurizada y vapor se lleva a cabo en una valvula mezcladora Kquido-vapor.
- 8. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la Temperatura de consigna T1 es inferior entre 5 y 10°C a la Temperatura de saturation de la mezcla para la presion P1.
- 9. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo de permanencia de la mezcla en el reactor (9) de hidrolisis es de 5 a 60 min.
- 10. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tapa e) de despresurizar se lleva a cabo mediante una valvula de regulation que provoca una presion deferencial de entre 4-8 bar.
- 11. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fraction liquida (13) obtenida en la tapa e) de despresurizar se encuentra a una presion suficiente para bombear por diferencia de presion dicha fraccion liquida (13) a unos tanques de digestion.
- 12. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la presion de consigna P1 es de entre 3 a 16 bar.
- 13. - Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la Temperatura T1 de consigna es de 130 a 190°C.
- 14. - Una instalacion (1) para la hidrolisis termica en continuo de materia organica, especialmente apta para lodos con un contenido bajo en solidos, que comprende- unos medios de alimentation (2) de la materia organica de partida (3) que comprenden un conducto (4) y una bomba de suministro (5) capaz de elevar la materia organica circulante a una presion de consigna P1 absoluta de entre 3 y 16 bar;- un dispositivo mezclador (6), conectado a los medios de alimentacion (2) y a una fuente de vapor (7), adecuado para mezclar la materia organica presurizada con el vapor y obtener unamezcla (8) en estado Kquido a una temperatura controlada T1 de consigna, de entre 130° y 190°C, inferior a la temperatura de saturacion de la mezcla obtenida,- un reactor (9) de hidrolisis con al menos una entrada (9a) y una salida (9b), estando la entrada (9a) conectada a la salida del dispositivo mezclador (6) y estando el reactor preparado5 para mantener la mezcla a unas condiciones de presion absoluta de entre 3 y 16 bar y a una temperatura de entre 130 y 180°C durante su permanencia dentro del reactor;- una valvula de regulacion (10), conectada a la salida (9b) del reactor (9) de hidrolisis, capaz de procurar la descompresion de la mezcla hidrolizada (11) que sale del reactor;- una camara de expansion (12), conectada a la valvula de regulacion (10), donde se separa 10 una fraccion liquida (13) de una fraccion vapor (14), que es recuperado;- al menos un dispositivo de recompresion (15) del vapor recuperado (14) en la camara de expansion (12); y- al menos un dispositivo de mezcla (16) para anadir vapor nuevo (17) al vapor recuperado y recomprimido (18), que procura la fuente de vapor (7) conectada al dispositivo mezclador (6).
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