ES2217899B1 - Proceso de aceites sinteticos y combustibles de transporte mediante reciclado de materiales de caucho de desecho. - Google Patents
Proceso de aceites sinteticos y combustibles de transporte mediante reciclado de materiales de caucho de desecho.Info
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Abstract
Proceso de aceites sintéticos y combustibles de transporte mediante reciclado de materiales de caucho de desecho. La instalación es para la producción de hidrocarburos sintéticos por reciclado de caucho de desecho, especialmente neumáticos de desecho, mediante descomposición térmica del material polímero del neumático usado. El tratamiento se realiza en presencia de un catalizador de Molibdeno y la planta consta de las siguientes partes: alimentador, reactor tipo kiln provisto con precalentamiento de gases entrada reactor, separador materia particulada, lecho catalizador, condensador y colectores de sólidos y líquidos. No se genera más residuo sólido que el negro de carbón y no se producen emisiones de gases.
Description
Proceso de aceites sintéticos y combustibles de
transporte mediante reciclado de materiales de caucho de
desecho.
La invención es relativa a la instalación
necesaria para el reciclado de materiales no biodegradables y, en
particular, con el procesado de material que contiene caucho. Más
concretamente, la invención se relaciona con el reprocesado de
materiales de caucho, especialmente neumáticos de desecho,
mediante un tratamiento térmico y utilizando un catalizador.
En los últimos años, las normativas ambientales
han sido cada vez más restrictivas con respecto al desecho y
procesado de los materiales de desecho no biodegradables. Las
normativas han llevado a un creciente interés en el reprocesado y
reciclado de materiales de desecho, tales como plásticos, papel,
caucho y otros materiales combustibles, para obtener nuevos
materiales y productos reutilizables y valiosos, en lugar de quemar
simplemente dichos materiales de desecho como se ha venido haciendo
durante muchas décadas con el correspondiente negativo impacto
atmosférico.
Los materiales de desecho que contienen caucho y,
especialmente, los neumáticos, se producen en enormes cantidades y
una gran, si no mayor, porción de los mismos está siendo
actualmente simplemente esparcida o quemada, por lo que se producen
daños ambientales y no hay recuperación de sus componentes
potencialmente valiosos.
Una forma de reprocesar plásticos, papel, caucho
y otros materiales substancialmente combustibles que tiene cada vez
más interés se relaciona con el reciclado de estos materiales.
Actualmente se dispone de varios sistemas para
reciclar materiales de desecho por co-procesado
con carbón. Así, Huggins y col., Energy and Fuels, vol. 8, página
1228 (1994) han descrito un método según el cual se procesa el
plástico de desecho de botellas de zumo, botellas de leche y otros
materiales similares por licuefacción con carbón, mediante lo cual
se obtienen aceites. En Anderson y col., ACS, Vol. 38, 3 (1993) y
en las Patentes EE.UU. 5.061.363 y 5 936.134 se describen métodos
similares que utilizan licuefacción con carbón para obtener aceites
sintéticos del co-procesado de neumáticos y
carbón.
Otros métodos, mediante los cuales se licúan
carbón y caucho en presencia y ausencia de un solvente y obteniendo
rendimientos aceptables de aceites sintéticos, han sido descritos
respectivamente por Liu y col., Energy and Fuels, Vol. 8, 607
(1994) y por Mastral y col., Industrial and Engineering Chemical
Research Vol 37, 3545, 1998
Los métodos según los cuales se someten los
materiales de desecho a pirólisis han sido descritos por Williams
y col., Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers,
Parte C, 55, 207 (1993) en relación a los aspectos económicos de
someter los neumáticos de desecho a pirólisis, y por Font y col.,
Energy and Fuels, Vol. 8, página 1238 (1994) en relación a la
pirólisis de plásticos en atmósfera inerte. En Mastral y col., Fuel
Processing Tecnology, Vol 60, 231, 1999 se describen los buenos
resultados obtenidos aplicando la tecnología disponible para el
carbón al reciclado de caucho del neumático.
Los conocidos métodos anteriormente aquí citados
para procesar materiales de caucho de desecho y, especialmente,
neumáticos de desecho, no han resultado completamente
satisfactorios ya que no eran procesos catalizados, la etapa de
condensación de volátiles no estaba controlada y además iba
acompañada de materia microparticulada procedente del arrastre de
negro de carbón.
Es un objeto de la presente invención resolver
los inconvenientes del procesado de neumáticos de desecho y otros
materiales de desecho de caucho, facilitando una instalación idónea
para la obtención de combustibles sintéticos que pueden ser usados
como combustibles de transporte.
Es también un objeto de la invención obtener
buenos rendimientos de aceites sintéticos y combustibles de
transporte en la instalación en que se procesan materiales de
caucho de desecho, especialmente neumáticos, en la cual parte de los
productos obtenidos son utilizados para calentar la
instalación
Es otro objeto de la invención facilitar una
instalación de reciclado de caucho de desecho o neumático de
desecho en un proceso sencillo que puede ser llevado a cabo de una
forma simple sin excesiva inversión en la instalación.
Otro objeto más de la invención es facilitar una
instalación o planta de reciclado del caucho de desecho o
neumático de desecho con un equilibrio satisfactorio de
entrada/salida de energía.
Es aún otro objeto de la invención facilitar un
nuevo tipo de catalizador que no sea caro, que es de fácil
obtención en una pequeña instalación aneja a la planta y que sea
substancialmente inocuo desde un punto de vista ambiental, así como
hacer que el reciclado del caucho de desecho o neumático de desecho
sea simple y substancialmente barato al mismo tiempo que capaz de
reducir de manera efectiva el sulfuro de hidrógeno en los gases
formados durante la reacción.
Se consiguen los objetos antes mencionados
mediante una instalación para producir aceites sintéticos
procesando materiales de caucho de desecho, especialmente
neumáticos de desecho, y carbón, en presencia de un material que
contiene molibdeno.
Concretamente, la presente instalación reduce el
negativo impacto sobre el ambiente, permite la obtención de aceites
aptos como combustibles de transporte y un residuo que tiene una
energía calorífica considerable y que puede ser utilizado para
proporcionar el calor necesario para calentar el reactor.
El instalación consiste en un alimentador
continuo del material de desecho triturado, que introduce tamaños
de partícula de 1-10 cm, preferiblemente
2-8 cm y, aún más preferiblemente,
3-7 cm, en un reactor Kiln cuyas medidas oscilan
entre entre 2 y 8 metros de longitud, mas preferiblemente entre 3
y 5 metros de longitud y entre 10 y 100 cm de diámetro, mas
preferiblemente entre 30 y 80 cm. La desvolatilización en el
reactor se realiza a una temperatura de entre 300ºC y 600ºC,
preferiblemente entre 350 y 550ºC y, aún más preferiblemente,
entre 375 y 500ºC, durante
3-180 minutos, preferiblemente durante 5-100 minutos y, aún más preferiblemente, durante 10-40 minutos, a una presión de entre la presión atmosférica y 5 MPa, preferiblemente de entre 1 y 5 MPa. La presión puede estar también comprendida entre 1 y 2.5 MPa.
3-180 minutos, preferiblemente durante 5-100 minutos y, aún más preferiblemente, durante 10-40 minutos, a una presión de entre la presión atmosférica y 5 MPa, preferiblemente de entre 1 y 5 MPa. La presión puede estar también comprendida entre 1 y 2.5 MPa.
El proceso se lleva a cabo en un lecho móvil, ya
que el reactor gira sobre un eje central longitudinal facilitando
la descarga del sólido, negro de carbón, por la parte inferior y
la salida del material desvolatilizado por la parte superior. Mas
aun, el reactor gira en torno a un eje oblicuo con un grado de
inclinación entre el 5 y el 10%.
El tiempo de procesado depende de la temperatura,
del número de revoluciones del reactor y de la cantidad de caucho
alimentada, oscilando entre 10-40 minutos.
Durante la etapa de procesado, se generan un
residuo sólido y unos gases. El residuo sólido representa el 30% en
peso del caucho de neumático de desecho procesado y resulta ser
negro de carbón. El negro de carbón puede ser utilizado como
combustible sólido para mantener el balance energético de la planta
ya que su poder calorífico es de 7942 Kcal/Kg. Mas aún, parte de
este residuo es utilizado como soporte del catalizador que se
utiliza en la planta. No se produce ningún otro residuo
adicional.
El 70% restante del material de caucho tratado se
descompone por calor en gases, de los cuales entre el
75-80% condensa en forma de líquidos. Entre
15-25% en peso de los gases resultan ser no
condensables y contienen aproximadamente entre
45-78% en volumen de hidrocarburos
C_{1}-C_{4}. Estos gases tienen un poder
calorífico medio entre 7000 y 15000 kcal/NM^{3} y pueden ser
recirculados al reactor por su parte inferior para arrastrar el
flujo de material desvolatilizado a lo largo del reactor y desde la
parte superior del reactor hacia el lecho de catalizador, una vez
retenido el material particulado en suspensión en el ciclón. Los
gases pueden también circular a un medio convencional intercambiador
de calor para proporcionar calor a la planta. Más aún, se puede
quemar una porción de los gases como combustible para proporcionar
calor al reactor.
Un flujo adicional de N_{2} con un porcentaje
en H_{2} que oscila entre 5-15% fuerza al gas
limpio de materia en suspensión a pasar a través de la cámara que
contiene las bandejas de catalizador. El catalizador de Mo
contribuye a la reducción del contenido en H_{2}S del material
desvolatilizado (el caucho del neumático de desecho contiene hasta
un 1.4% de azufre). Mas aun, el H_{2}S fijado por el catalizador
ayuda a regenerarlo en su forma activa. Mas aun, la sal de Mo
utilizada, que se dispersa sobre el negro de carbón que se recoge
como subproducto por la parte inferior del reactor, y se dispone en
bandejas para aumentar la superficie de contacto con los gases de
desvolatilización, potencia la formación de hidrocarburos
saturados, que oscilan entre el 55-75%, e
hidrocarburos aromáticos, que oscilan entre el 35 y el 45%. Mas
aún, en la planta descrita y con el catalizador utilizado se
obtienen aceites sintéticos con contenidos en Nafta entre
5-25%, en Keroseno entre el 8-20% y
en Gas Oil entre 10-20%.
Los catalizadores preferidos son sales de Mo con
bajos precios. Los tamaños de partícula preferidos del material
para dispersar el catalizador varían entre 0,01 y 0,15 mm.
Mas aun, el negro de carbón obtenido como
subproducto en la instalación resulta ser adecuado para la
dispersión del catalizador por su tamaño de particula y porosidad.
Mas aún, el negro de carbón obtenido como subproducto en la
instalación resulta ser adecuado por su inercia.
A la salida de la cámara catalítica, que contiene
entre 2-10 bandejas con lechos de catalizador, el
producto desvolatilizado pasa a través de un condensador,
refrigerado con serpentin de agua de longitud entre
20-30 metros y diámetro interno entre
1-2 cm y separación entre vueltas entre
2-3cm. Por la parte inferior del condensador se
recoge el combustible sintético pudiéndose alcanzar los
250-280 litros/hora.
Los combustibles sintéticos obtenidos contienen
principalmente en el rango de nafta, queroseno y gas oil
porcentajes entre el 40-70%. Mas aun, ser útiles
como combustibles de transporte.
Según la invención, el rendimiento de
combustibles sintéticos varía en general entre
45-65% en peso con relación al caucho inicialmente
cargado en el reactor. Cuando se utiliza la instalación de la
invención, trabajando "en régimen" se consigue el 55% de
rendimientos.
Figura única, se muestra la planta de la
invención. Hay que entender, sin embargo, que la invención no se
limita a las disposiciones precisas mostradas en la figura, que es
solamente un esquema de la planta de la invención.
En la figura los números de referencia
corresponden a las partes identificadas a continuación:
1. Sistema de alimentación en tomillo que permite
alimentar un flujo másico de hasta 400Kg/hora.
2. Reactor tipo horno rotatorio con una capacidad
de procesado de hasta 400Kg/h y un ratio optimo longitud/diámetro
de 9,5. Va provisto de un mecanismo de giro que le permite entre 1
y 15 revoluciones por minuto. Por su parte superior esta conectado
con el sistema de alimentación y esta provisto de salida de
volátiles. Por su parte inferior con entrada de gas y sistema de
calefacción.
3. Cámara intermedia entre salida de volátiles
del reactor y entrada a ciclón. Su finalidad es dificultar la
salida de material en suspensión del reactor.
4. Ciclón para retención de material
microparticulado arrastrado por el flujo de volátiles.
5. Cámara donde el catalizador esta dispuesto en
bandejas paralelas alternas que dificultan la salida del flujo de
volátiles aumentando el tiempo contacto de estos con el
catalizador. Va provisto de una entrada adicional de mezcla de
N_{2}+H_{2} y de una funda calefactora.
6. Condensador con refrigeración interna. Va
provisto de salida para aceites sintéticos y para gases no
condensables que se reciclan de entrada al reactor por su parte
inferior.
7. Colector de sólidos
8. Container colector de los combustibles
sintéticos
Claims (13)
1. Procedimiento de producción de aceites
sintéticos y combustibles de transporte caracterizado
porque se parte de material de caucho de desecho, se realiza en
presencia de un catalizador y emplea los siguientes equipos:
- un alimentador en continuo
- un reactor tipo horno rotatorio una cámara de
salida de volátiles
- un ciclón
- una cámara con bandejas paralelas donde el
catalizador esta dispuesto en lechos
- un condensador
- colectores para residuo sólido y aceites
sintéticos
2. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque el material de desecho en el
alimentador, triturado con unos tamaños de partícula de
1-10 cm, preferiblemente 2- 8 cm, en un reactor
Kiln cuyas medidas oscilan entre entre 2 y 8 metros de longitud,
mas preferiblemente entre 3 y 5 metros de longitud y entre 10 y 100
cm de diámetro, mas preferiblemente entre 30 y 80 cm, donde se
realiza la desvolatilización a una temperatura de entre 300ºC y
600ºC, preferiblemente entre 350 y 550ºC y, aún más
preferiblemente, entre 375 y 500ºC, durante 3-180
minutos, preferiblemente durante 5- 100 minutos y, aún más
preferiblemente, durante 10-40 minutos, a una
presión de entre la presión atmosférica y 5 MPa, preferiblemente
de entre 1 y 5 MPa.
3. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque el proceso se lleva a cabo en un lecho
móvil, donde que el reactor gira sobre un eje central longitudinal
facilitando la descarga del sólido, negro de carbón, por la parte
inferior y la salida del material desvolatilizado por la parte
superior.
4. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque el proceso se lleva a cabo en un lecho
móvil, donde el reactor gira en torno a un eje oblicuo con un grado
de inclinación entre el 5 y el 10%.
5. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque el tiempo de procesado oscila entre
10-40 minutos dependiendo de la temperatura, las
revoluciones del reactor y de la cantidad de caucho
alimentada.
6. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque en el procesado se genera un residuo
sólido, que representa el 30% en peso del caucho procesado, que
puede utilizarse como combustible sólido para mantener el balance
energético del proceso.
7. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque en el proceso el 70% restante del
material de caucho tratado se descompone por calor en gases, de los
cuales entre el 75-80% condensa en forma de
líquidos, entre 15-25% en peso de los gases
resultan ser no condensables y contienen aproximadamente entre
45-78% en volumen de hidrocarburos
C_{1}-C_{4}, que por su poder calorífico pueden
ser recirculados al reactor por su parte inferior para arrastrar
el flujo de material desvolatilizado a lo largo del reactor y
desde la parte superior del reactor hacia el lecho de catalizador,
una vez retenido el material particulado en suspensión en el
ciclón.
8. Procedimiento según reivindicaciones 1
caracterizado porque los gases pasan a un medio convencional
intercambiador de calor para proporcionar calor a la planta.
9. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque una porción de los gases se quema como
combustible para proporcionar calor al reactor.
10. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque pasa un flujo adicional de N_{2} con
un porcentaje en H_{2} que oscila entre 5-15%, que
fuerza al gas limpio de materia en suspensión a pasar a través de
una cámara que contiene unas bandejas con un catalizador.
11. Procedimiento según reivindicaciones 1 y 10
caracterizado porque el catalizador es una sal de
molibdeno, que contribuye a la reducción del contenido en H_{2}S
del material desvolatilizado.
12. Procedimiento según reivindicaciones 1 y 11
caracterizado la sal de Mo utilizada se dispersa sobre el
negro de carbón que se recoge como subproducto por la parte
inferior del reactor, y se dispone en bandejas para aumentar la
superficie de contacto con los gases de desvolatilización,
potenciando la formación de hidrocarburos saturados, que oscilan
entre el 55-75%, e hidrocarburos aromáticos, que
oscilan entre el 35 y el 45%.
13. Procedimiento según reivindicación 1
caracterizado porque a la salida de la cámara catalítica,
que contiene entre 2-10 bandejas con lechos de
catalizador, el producto desvolatilizado pasa a través de un
condensador, refrigerado con serpentín de agua de longitud entre
20-30 metros y diámetro interno entre
1-2 cm y separación entre vueltas entre
2-3cm. y por la parte inferior del condensador se
recoge el combustible sintético.
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