HORNOS ROTATORIOS PARA CARBON ACTIVADO I.
Introducción
Este tipo de horno es muy versátil y es apto para trabajar con materiales sólidos, fangosos e incluso líquidos. La alimentación del horno se ajusta hasta lograr que la carga ocupe, aproximadamente un 20% del volumen interno del horno. La función principal del horno es convertir los residuos sólidos, líquidos o pastosos en gases. Ello se consigue en este tipo de hornos gracias a:
Variación de la velocidad e inclinación del horno, con lo que el tiempo de residencia de los sólidos aumenta hasta lograr su total destrucción. Aumento de la temperatura muy por encima el que pueda conseguirse en un horno de parrillas, puesto que su interior esta íntegramente construido cons truido con materiales refractarios y aislantes. Posibilidad de trabajar con un exceso de aire mínimo, estequiometria e incluso defecto de aire. En estas condiciones la velocidad de la la corriente de gases es muy débil y se minimiza el arrastre de material particulado. Posibilidad de inyectar aire de combustión caliente (más de 2500C), con lo que la calidad y cinética de los procesos se ve muy mejorada.
El horno está constituido por un recipiente de acero recubierto interiormente con una capa de refractario y aislante. Su forma es casi-cilíndrica. El horno dispone de una entrada para la alimentación de residuos, un quemador auxiliar y la entrada de aire comburente. La salida de gases se lleva a cabo en toda la sección del horno. Las escorias, caen por el cenicero que dispone el horno. De esta manera es factible extraer del horno las escorias en proceso continuo, circunstancia que favorece la marcha general del proceso y evita que la instalación deba pararse periódicamente. El ventilador general de tiro provoca una depresión en todo el sistema. El objetivo, aparte claro está de arrastrar los gases de combustión, es diverso:
Evitar que cualquier gas del proceso pueda salir al exterior. Ayuda a enfriar las escorias y los materiales inertes que salen junto a ellas. Mantiene la entrada del horno, la junta entre la puerta y el cilindro (horno rotativo), libre de posibles salidas de gases.
II.
Descripción general del horno rotatorio
Los hornos rotatorios son usados desde hace 50 años en las industrias, de alimentos, de construcción, metalúrgica, etc. Sin embargo, su uso más común es para la incineración de residuos peligrosos, debido a sus altas temperaturas de trabajo (1200 –1700 ◦C) y tiempos de residencias (50 – 70 min).
Se pueden incinerar diferentes tipos de residuos como sustancias lıquidas (solventes orgánicos) que son inyectadas directamente, sustancias poco fluidas (lodos y pastas fluidas) que son inyectadas con una bomba de pistón, y pastas fluidas, que se encapsulan en recipientes cerrados para su alimentación. En la industria de la construcción, estos hornos son usados en el proceso de calcinación de la piedra caliza. Otra aplicación es en la industria de la fundición, en particular para la fusión de hierro. Aun cuando los hornos rotatorios son ampliamente usados en la industria química, poca literatura hace referencia de su uso para la obtención de carbón activado. Los datos de uso encontrados son hornos para cargas pequeñas a nivel de laboratorio.
Un horno rotatorio consiste en un cilindro que rota alrededor de un eje longitudinal que gira a muy baja velocidad y opera esencialmente como un intercambiador de calor. En el interior está cubierto con refractarios y su diámetro varía entre 3.6 y 6.0 m teniendo una longitud que va entre 50.0 y 125.0 m. El cilindro está ligeramente inclinado (pendiente de 2 – 6%) para facilitar el desplazamiento axial del lecho sólido, el cual se mueve hacia el final del tubo en la descarga, y los gases circulan en contra corriente. La alimentación es un sólido seco carbonoso molido.
III.
Elaboración de carbón activo
Para la elaboración de carbón activado se parte de materiales tales como lascortezas de almendros, nogales o palmeras, otras maderas y carbón mineral.El carbón amorfo susceptible de activación puede ser vegetal o mineral: Carbones minerales:
Antracitas Hulla bituminosa Lignito Turba
Carbones vegetales:
Madera (Pino, Acacia) Residuos de madera Cáscara de coco Bagazo Huesos de frutas
La activación se realiza en una segunda etapa a temperaturas entre 800 y 1100ºC en presencia de un oxidante como agente activante que puede ser CO2 y vapor de agua. IV.
Procesos físicos de activación
El proceso físico de activación consiste en carbonizar la materia prima llegando al rojo vivo para expulsar los hidrocarburos, pero sin el suficiente aire para llegar a la combustión, obteniéndose así un carbón primario. Luego se expone éste a un agente oxidante, normalmente el vapor de agua, la reacción es endotérmica por lo que es necesario generar una temperatura constante (800 – 1000 ºC). El proceso físico también se conoce como activación térmica a pesar de que la activación se produce debido a una reacción (química) del agente activante (un oxidante como el aire, vapor de agua, CO2, etc.) A veces son necesarios ciertos pretratamientos como la molienda y el tamizado para obtener un tamaño adecuado del precursor. Si el precursor es un carbón coquizable será necesario entonces una etapa de oxidación para eliminar las propiedades coquizables. En otras ocasiones el material de partida es molido hasta formar un fino polvo, después compactado con algún aglomerante en forma de briquetas y luego vuelto a moler hasta obtener el tamaño deseado. De esta forma se consigue una mejor difusión del agente activante y por tanto una mejor difusión del agente activante y por tanto una mejor porosidad en el carbón activado resultante.
DIAGRAMA DE LOS DIFERENTES PROCESOS QUE PUEDEN TENER LUGAR EN LA ACTIVACIÓN TERMICA
