ES2447615A1 - Procedimiento catalítico de pirólisis flash para la obtención de bio-oil o biofuel a partir de materias poliméricas carbonadas - Google Patents

Abstract

La invención se denomina "Procedimiento catalítico de pirolisis flash para la obtención de bio-oil o biofuel a partir de materias poliméricas carbonadas". Es un procedimiento de pirolisis de alta eficacia, mediante la adecuada catálisis y control de la atmósfera de reacción, para generar bio-oil, consistente en una mezcla líquida de hidrocarburos de cadenas lineales y ramificadas. Su objeto es un procedimiento físico-químico de pirolisis catalítica de materias poliméricas (residuos, plásticos, biomasa) para producir biofuel, similar al generado mediante el fraccionamiento del crudo. Se describe como un procedimiento de pirólisis bajo una determinada configuración de equipos y empleo de catalizadores y aditivos, que maximiza la producción de combustible líquido, minimizando la generación de gases y sólidos. Su principal aplicación es una solución tecnológica sostenible basada en el empleo de aditivos y catalizadores de pirólisis para transformar biomasa y residuos con alta eficiencia y producir combustibles líquidos de alto valor.

Description

a) Título de la invención.

Procedimiento catalítico de pirolisis flash para la obtención de bio-oil o biofuel a partir de materias poliméricas carbonadas.

b) Objeto de la invención

Procedimiento físico-químico para controlar, parametrizar y desarrollar un conjunto de reacciones químicas englobadas dentro de pirolisis catalítica, maximizando la producción de combustible líquido.

La invención genera, a tenor de su configuración, la producción durante un proceso de ingeniería química, de un combustible líquido que puede ser fraccionado y del cual se extraen fracciones ligeras tipo gasolina, keroseno, fracciones medias del tipo gasóleo y fracciones más pesadas similares al fuelóleo.

e) Antecedentes de la invención

El solicitante tiene conocimiento del empleo en la actualidad de métodos o procedimientos para la obtención de líquidos combustibles a partir de degradaciones termoquímicas de biomasa, entendida como sustrato lignocelulósico o de determinados polímeros plásticos.

Gran parte de los procedimientos desarrollados hasta la actualidad derivan en unas altas temperaturas de reacción, superiores a los 600 QC y consiguen una transformación termoquímica de los materiales biomásicos en gases. Estos gases son mayoritariamente COz, CO, CH4, Hz y una mezcla de hidrocarburos de cadena corta, es decir de 1 a 4 carbonos. Este gas es similar al denominado gas de síntesis.

Otros procedimientos se desarrollan a una elevada temperatura y unas altas presiones, de forma que se pueden clasificar dentro de los procesos de gasificación. Estos procesos presentan una alta inestabilidad y un difícil manejo de la reacción de gasificación.

Los procesos de pirolisis a alta presión y temperatura presentan el gran inconveniente de generar una alta cantidad de asfaltos (de características bituminosas) derivados de productos inquemados. Estos productos son generados por procesos poco eficientes en los que sobre la materia prima no se ha completado las reacciones de craqueo. Estos alquitranes se acumulan en el reactor de piro lisis o son arrastrados por el gas apareciendo en importantes cantidades al realizar el tratamiento de lavado del gas generado.

Para mantener el proceso de reacción los otros procesos requieren una alta tasa de recirculación de un agente como portador de calor, así como soporte de agitación. Este agente suele ser alúmina, silicatos o vapor de agua elevada presión. Se trata de un fluido que se comporte a la vez como agente recirculante y como difusor térmico.

En otros procedimientos industriales para procesar naftas ligeras y otras fracciones de refinerías convencionales se utilizan alúminas cloradas, ya que estas favorecen termodinámicamente la formación de productos ramificados. Los productos ramificados poseen un gran interés pues elevan el número de octanos del combustible resultante. Estas alúminas cloradas necesitan una aportación constante de cloro, ya que se desprende de forma continuada del catalizador, al realizarse el intercambio molecular. Estos procesos presentan varias desventajas y son muy sensibles a elementos extraños y contaminantes presentes en la materia prima, afectan en gran medida a la corrosión de los equipos y suponen un riesgo ambiental de proceso.

d) Novedades del procedimiento

La originalidad de esta invención se centra en el propio procedimiento y en el conjunto de aditivos que permiten desarrollar la reacción de pirolisis flash en condiciones ventajosas para producir líquido combustible.

Se define como piro lisis flash aquel proceso de piro lisis termoquímica en ausencia de oxígeno en el que se realiza de forma rápida una transferencia de calor superior a 200ºC en un periodo de tiempo inferior a 1 segundo.

Una novedad es la combinación de operaciones unitarias y la mezcla de catalizadores y aditivos con la que es posible rebajar la temperatura de la reacción entre 100 y 170 ºc. Se establece una ventana de parámetros (temperatura, intercambio térmico, agitación y presión) que maximiza la producción de líquido.

Otra novedad es el craqueo térmico por aporte de calor y agitación que se desarrolla bajo condiciones de presión y temperatura de la mezcla del reactor y que, gracias a las condiciones de reacción y a la dureza de los aditivos coadyuvantes consigue una transferencia de calor necesaria para el desarrollo de una reacción de piro lisis flash.

El conjunto de reacciones que se desarrollan en el reactor químico son del tipo termoquímicas y requieren una importante aportación de calor para su inicio. Es novedoso en este procedimiento caracterizar el comportamiento de las reacciones de tipo cracking que se realizan en presencia de catalizadores y aditivos de reacción y que conducen el equilibrio termodinámico de forma mayoritaria a la producción de líquido.

Otra novedad es la relativa a la utilización de una mezcla de catalizadores, aditivos iniciadores de reacción, aditivos coadyuvantes y aditivos de regulación e intercambio, que permite producir un líquido combustible estable que puede emplearse como sustituto de los combustibles derivados del petróleo. Entre las novedades inventivas que presenta dicha mezcla destaca la utilización de los siguientes productos como aditivos:

•

Arcilla roja para iniciar la reacción de pirolisis (0,5-2%)

•

Ácidos carboxílicos o policarboxílicos como coadyuvantes como captadores de oxigeno. (0,5-10%)

•

Bentonitas sódicas y cálcicas como capturadores de agua dentro del reactor (15%)

•

Silicatos para elevar la dureza de la mezcla (1-10%)

Catalizadores

La finalidad de los catalizadores es la de reducir la velocidad de reacciones secundarias hacia productos no deseados (gases y alquitranes) y mejorar la selectividad de una reacción cambiando el rendimiento hacia la generación de líquido combustible. El catalizador no sufre transformación química durante la reacción, pero no puede considerarse como una sustancia inerte.

El proceso utiliza catalizadores de la familia de los aluminosilicatos tipo zeolitas que son muy activos, estos compuestos sufren transformaciones en las etapas del mecanismo de la reacción. Estos catalizadores modifican el mecanismo por el que transcurre la reacción facilitando la formación de complejos intermedios de menor nivel energético y provoca una reducción de las energías de activación directamente relacionadas con la velocidad del proceso.

Se dosifican en el inicio de reacción tras el primer calentamiento de la materia prima en una proporción de 0,25 al 2% del total de la materia prima.

Una importante novedad inventiva consiste en la adición de aditivos para obtener una máxima producción de hidrocarburos líquidos a baja temperatura. Con a dosificación estequiometria de los aditivos y catalizadores es posible disminuir la temperatura de reacción en un rango de 100-170 ºc.

Aditivos Iniciadores

Son compuestos químicos que se adicionan en la etapa de mezclado y que propician el inicio de las reacciones químicas. Estos compuestos son arcillas ricas en óxidos de hierro, en especial las arcillas rojas con mayor contenido en óxidos ferrosos. La utilización de este tipo de arcillas es novedoso en este tipo de procesos de pirólisis,

Se dosifican a la entrada del mezclador secundario en proporciones de 0,5 al 2%

Aditivos Coadyuvantes

Productos químicos que ayudan a conseguir que el proceso de pirolisis se desarrolle en las condiciones adecuadas. Su utilización permite regular las condiciones de rozamiento, dispersión, penetración, suspensión y lubricidad. Generan las condiciones de activación de los catalizadores, es decir, aquellas condiciones en las que los catalizadores empleados desarrollan la máxima eficiencia.

La adición de compuestos derivados de ácidos carboxílicos o policarboxílicos actúa como captadores de oxígeno producido en la reacción. Estos reaccionan con el oxígeno presente en el medio de reacción generando COz. La proporción de estos productos depende del oxígeno presente en las materia primas, variando su proporción del 0,5% para el caso de plásticos hasta un 10% en el caso de biomasa. Se dosifican en el reactor.

La novedad inventiva consiste en la utilización de compuestos derivados (que contengan) de ácidos carboxílicos o policarboxílicos como aditivos captadores de oxigeno en el lecho del reactor.

Para materiales lignocelulósicos se dosifican bentonitas sódicas que reaccionan con el agua presente en el reactor.

Otra novedad inventiva consiste en la utilización de bentonitas sódicas como aditivos en procesos de piro lisis como capturadoras de agua presente en el reactor.

Para elevar a dureza total de la mezcla de materiales dentro del lecho del reactor se añaden silicatos del tipo berilo o turmalina en una proporción (entre el 1 y el 10% en peso) necesaria para que la dureza total de la mezcla sea superior a 4 en la escala de Mohs.

5 La novedad consiste en la utilización de materiales duros (dureza estática) como aditivos de reacción de piro lisis para elevar la dureza total de la mezcla dentro del reactor en condiciones de agitación mecánica (dureza dinámica), esta dureza medida en condiciones de agitación varía según se van descomponiendo los materiales poliméricos.

10 Otra novedad consiste en la utilización de la dureza total de la mezcla de reacción para que mediante una agitación externa se obtenga un alto rozamiento en el lecho del reactor. Este rozamiento está en función la dureza dinámica siendo este parámetro una relación directa de dureza de los materiales, su proporción, la viscosidad de la mezcla y la agitación.

15 Aditivos de regulación e intercambio

Productos químicos necesarios para el intercambio iónico de y la regulación del pH de reacción. Se utilizan carbonatos cálcicos y sódicos con tamaño de partículas menores a 5 nanómetros y con dureza menor a 1,5, químicamente estable a pH comprendidos entre 4 y

9. Se dosifican en el inicio de la reacción y en proporción adecuada necesaria para la 20 generación de un medio de reacción comprendió entre un rango de pH superior a 5.

La adición de bentonitas sódicas y cálcicas incrementa la capacidad de intercambio de Ca y Na. En proporciones superiores al 3% dan lugar a una elevada viscosidad y aportan lubricidad a la mezcla de reacción. En función de su composición desarrollan una acción plastificante del lecho de reacción.

Como novedad hay que resaltar la utilización de bentonitas (sódicas y cálcicas) como intercambiado res de iones Ca y Na dentro de la reacción de pirolisis.

Otra novedad relativa a las bentonitas es su utilización como aditivos en la piro lisis para 30 regular la viscosidad de la mezcla en el lecho de reacción.

e) Descripción de la invención

Características del proceso

35 El proceso cuenta con una serie de dispositivos combinados con el control de -los parámetros que fomentan diversas reacciones físico-químicas bajo condiciones controladas de control.

Con este proceso y la adecuada mezcla de los catalizadores y aditivos de reacción se consigue una pirolisis flash que genera líquido combustible mezcla de hidrocarburos.

40 Una de las excelencias del proceso consiste en la combinación de operaciones unitarias y la selección de condiciones de operación que permiten desplazar el equilibro hacia la producción de biocombustible líquido y disminuye las reacciones secundarias que generan subproductos indeseados

Reactor químico (9)

El proceso de reaCClOn qUlmlca se realiza en el reactor químico en reglmen de funcionamiento continuo con una agitación. En este reactor se realiza el cracking catalítico.

En el proceso se controlan los parámetros de agitación, de forma que se garantice tiempos de residencia inferiores a 2 minutos, una transferencia de calor adecuada (del orden de 200ºC por segundo), un tiempo de reacción de pirolisis (comprendido entre 2 y 10 segundos), la cantidad y la dosificación de los catalizadores y aditivos iniciadores de la reacción, COz, pH, presencia de oxígeno y elementos oxidantes, atmósfera reductora, flujo de Nz, presión, temperatura y la velocidad de recirculación.

Las distintas reacciones físico-químicas son catalizadas con una mezcla de distintos productos denominados catalizadores, que son activados por los aditivos en las proporciones descritas.

A su vez estos catalizadores son aditiva dos por otros productos aditivos coadyuvantes y reguladores necesarios para la activación del catalizador generando una mayor eficiencia. Estos coadyuvantes fijan las ventanas de parámetros (rozamiento, lubricidad, suspensión y pH) en las que los catalizadores desarrollan su máxima eficiencia. También establecen el entorno químico de las reacciones garantizando su eficacia y control.

Como una parte de las principales reacciones que se desarrollan están basadas en procesos de radicales libres y otras en el intercambio iónico es necesario la aditivación de unos productos denominados iniciadores de reacción. Estos iniciadores son mezclas de compuestos de arcillas ricas en óxidos de hierro, en especial las arcillas rojas con mayor contenido en óxidos ferrosos. Se dosifican a la entrada del mezclador en proporciones de 0,5 a12%

El aporte de energía es un parámetro necesario para la descomposición de los materiales de forma intermolecular e intramolecular, este se realiza mediante aporte térmico en forma de calor y mediante aporte de energía cinética en forma de agitación. Este aporte de energía se combina con la dureza de los materiales que componen la mezcla presente en el reactor. Es necesario que la mezcla de catalizadores y aditivos tenga un índice en la escala de Mohs superior a 4. El comportamiento del fluido y la reacción de cracking se controlan en base a los parámetros de reacción y la mezcla de catalizadores y aditivos.

El aporte de energía contribuye a generar la suficiente energía de activación, y por tanto, a aumentar la actividad de la reacción química, para el cracking de los materiales poliméricos, es necesaria la aplicación de un ratio de energía de entre los 0,3 y los 3 kWh por cada kg de materia prima. El aporte térmico, depende en gran medida de la materia prima, aunque se puede estimar un rango de 0,1 a 2,5 kWh por kg de materia prima.

Se describen a continuación la combinación de los principales pasos de la invención, relacionando con los equipos en los que se desarrollan las distintas operaciones unitarias.

Equipos de homogenización de la materia prima (1)

Trituración, molienda y separación de elementos indeseables en la piro lisis. Estos elementos son los metales férricos, no férricos, así como los compuestos plásticos que envenenan y modifican la especificidad de los catalizadores.

Intercambiadores térmicos (2)

Realizan un acondicionado de entrada de materia prima y permiten un control de la una humedad inferior al 20% Equipo de Nz y eliminación del Oz (·3) Equipos destinados a la eliminación del Oz presente en los intersticios de la materia prima.

Mediante barrido de nitrógeno y manteniendo un caudal constante en todo el proceso de reacción

Mezclador secundario (8) Dispositivo calefactado que debe garantizar la estanqueidad de todo el proceso, así como la fluidez y temperatura de la entrada de la materia prima. Regulan la temperatura y la presión.

Depósito y dosificador de catalizadores (4)

Depósito almacenamiento y sistema de dosificación de los catalizadores. Esta dosificación debe garantizar una presencia de oxigeno en el reactor inferior a los 20 ppm. Depósito de regulación y dosificador de aditivos iniciadores (5) Depósito almacenamiento y sistema de dosificación Aditivos de inicio de la reacción. Depósito de aditivos coadyuvantes (6) Depósito almacenamiento de aditivos coadyuvantes. Aditivos de eliminación, captura y

neutralización del Oz presente en las moléculas de la materia prima. Depósito de control y coadyuvantes (7) Dispositivos de control de parámetros de proceso y de inyección de aditivos coadyuvantes. Acondicionamiento y fraccionamiento (10. 11 Y 12) A la vez que se van desarrollando las distintas reacciones de piro lisis de ruptura

molecular, es necesario que se desarrolle una etapa posterior en continuo de separación, mediante un acondicionamiento por destilación y fraccionamiento de las distintas fracciones.

Es necesario realizar una destilación y un procedimiento de fraccionamiento selectivo de los productos obtenidos de forma continuada.

Condensación (17 y 24) Elementos de condensación necesarios para la recolección de productos líquidos generados. Puede realizarse en varias etapas complementarias siendo recomendable las dos primeras por vía térmica.

Desde el condensador se regula el fluido condensado hacia el reflujo (18) o al depósito de control de control de condensados (16) Los distintos productos se almacenan en depósitos con control de emisiones (13,14 y 15) Recuperación de catalizadores (22) Recuperación de catalizadores para su tratamiento con Nz y regeneración de los mismos.

Regeneración de catalizadores (23) Tratamiento térmico para la regeneración parcial de los catalizadores y posibilitar la recirculación de los mismos

Estabilización y filtrado (19)

Tratamiento necesario para la estabilización y adecuación de los productos líquidos obtenidos.

Acondicionamiento de gases (20) y grupo electrogenerador (21)

5 Tratamientos térmicos y físicos necesarios para la estabilización y adecuación de los productos obtenidos en fracción gas, por medio de los cuales se estabilizan y adecuan para su utilización como combustible en grupo electrogenerador.

Mezcla de catalizadores y aditivos empleados

1° La adecuada disposición de equipos y el desarrollo de las correspondientes operaciones unitarias se combinan con la mezcla adecuada de productos químicos que actúan como catalizadores, aditivos iniciadores y aditivos coadyuvantes y aditivos de regulación e intercambio.

15 Catalizadores

El proceso utiliza catalizadores de la familia de los aluminosilicatos tipo zeolitas, hidrosilicatos de aluminio, bauxita, aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos con una estructura porosa con diámetros de poro mínimos entre 3 y 30 Angstroms y una

20 elevada superficie específica.

Estas estructuras poseen unas formas de cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua con gran libertad que permiten procesos de hidratación y deshidratación reversibles. Estos compuestos modifican el mecanismo por el que

25 transcurre la reacción facilitando la formación de complejos intermedios de menor nivel energético y provoca una reducción de las energías de activación directamente relacionadas con la velocidad del proceso.

La adición de los catalizadores a la materia prima se realiza de forma previa al inicio de la 30 reacción en una proporción de 0,25 al 2% del total de la materia presente en el lecho de reacción.

Aditivos iniciadores

La actividad de los catalizadores de cracking es potenciada con el uso de aditivos

35 iniciadores. Se trata de arcillas ricas en óxidos de hierro. La utilización de estas arcillas, en especial las arcillas rojas con mayor contenido en óxidos ferrosos fomenta la presencia de hidrógeno en el núcleo del reactor. Su dosifican varía en función de la materia prima siendo su proporciones de 0,5 al 2% del total de la entrada de la materia prima.

Se ha comprobado que mediante esta adición de arcilla roja, constituida por agregados de

40 silicatos de aluminio hidratados, mejora sustancialmente la reacción de pirolisis, ya que el comportamiento de los coloides que forman las partículas de inferiores a los 0,002 mm, mejoran el rozamiento y el intercambio. El comportamiento de la arcilla combina su capacidad de intercambio catiónico con la actividad soporte de reacción al mejorar la lubricidad del lecho. Con este aditivo en este procedimiento minimiza la producción de

45 sólidos no procesados, maximizando la producción de hidrocarburos líquidos.

Aditivos coadyuvantes

Para garantizar la ausencia de Oz se emplean unos productos denominados aditivos coadyuvantes de captura de oxígeno. El empleo de compuestos derivados de ácidos carboxílicos o policarboxílicos permite capturar el oxígeno producido al reaccionar con dichos compuestos generando COz. La proporción de estos productos depende del oxigeno presente en las materia primas, variando entre el 0,5 % para el caso de plásticos, hasta el 10% en el caso de biomasa. Se dosifican en el reactor.

Se emplean bentonitas sódicas como aditivos coadyuvantes de captura de agua. para disminuir la presencia de agua en el reactor gracias a la reacción de estas sustancias con el agua.

Se emplean también aditivos coadyuvantes de mejora de lubricidad para mejorar la lubricidad de la mezcla y elevar la viscosidad. Se pueden adicionar bentonitas cálcicas en proporciones variables del 1 al 5% de la mezcla del lecho de reacción. Para la pirolisis de mezclas con alto porcentaje de biomasa la proporción de bentonitas cálcicas debe ser superior al 3% de la mezcla de reacción.

Aditivos de intercambio y regulación

Para establecer la condiciones de reacción en un pH superior a S se utilizan otros productos químicos denominados aditivos de intercambio y regulación que se dosifican en el inicio de la reacción y en proporción necesaria para la generación de un medio de reacción comprendido entre un rango de pH superior a S

Los productos químicos que se utilizan son carbonatos cálcicos y sódicos con tamaño de partículas menores a S nanómetros y con dureza menor a 1,5, químicamente estable a pH comprendidos entre 4 y 9.

Se dosifican en el inicio de la reacción y en proporción adecuada necesaria para la generación de un medio de reacción comprendió entre un rango de pH superior a S.

La adición de bentonitas sódicas y cálcicas incrementa la capacidad de intercambio de Ca y Na. En proporciones superiores al 3% dan lugar a una elevada viscosidad y proporcionan lubricidad a la mezcla de reacción. En función de su composición desarrollan una acción plastificante del lecho de reacción.

Condiciones de proceso

La materia prima es introducida al mezclador primario (1) y se mezcla con catalizadores en proporciones de 0,25-2% a la entrada del mezclador.

Seguidamente entra en el mezclador secundario (8) donde se mezcla con los aditivos de intercambio y regulación.

Las condiciones de proceso son:

•

La temperatura de reacción se depende de las materias primas procesadas, fundamentalmente en función de su composición elemental de carbono, hidrógeno Y oxígeno, esta temperatura varía desde 220 a 450 ºc.

•

Para materias primas con alto porcentaje en carbono e hidrógeno, los rangos de temperaturas de reacción se sitúan entre 220 ºC y 320 ºc. Para materiales con mayores porcentajes de oxígeno la temperatura de reacción se sitúa entres 300 ºC y 450ºC.

•

Presión dentro del rango -1 a 2 atmósferas

•

Agitación entre 50 y 600 rpm

•

La energía térmica requerida es del orden de 0,1 y 2,5 kWh por kg de materia prima, de forma que garantice el rango necesario de temperaturas de reacción.

•

Presión de Nzque garantice barrido a lo largo de los reactores

Con posterioridad y debido a la agitación externa la mezcla pasa al reactor (9).

En esta etapa se mezcla con los aditivos coadyuvantes en función del 02, agua y temperatura de la reacción.

Las condiciones de esta segunda etapa son las siguientes: O2 menor de 100 ppm, H20 menor de de 5% y dureza de la mezcla mayor que 4.

Con posterioridad a los reactores, la materia prima se ha transformado en una mezcla de hidrocarburos que se transfieren a las torres de destilación (10) y fraccionamiento 1 y 2 (11 Y 12). Las temperaturas de destilación varían en la entrada y la salida en el rango de 350 ºC a 200 ºC y en las torres de fraccionamientos entre las temperaturas de 200ºC a 10 ºc.

Los productos fraccionados son almacenados en los depósitos (13,14 y 15) en función de su composición dando lugar productos pesados, medios y ligeros.

Ejemplo 1 Aplicación de la invención a biomasa de maderas blandas

Para una planta diseñada para tratar 3.500 kg/hora Materia prima: biomasa con una humedad inferior al 15% procedente de maderas blandas

(Populus spp. Betula spp, Pinus spp)

Catalizador del tipo aluminosilicatos 1,5%

Aditivos de proceso Aditivos iniciadores (arcillas rojas) 0,8% Aditivos coadyuvantes de captura de agua (bentonitas) 5% Aditivos coadyuvantes de captura de oxigeno (ác. carboxílicos) 8% Aditivos coadyuvantes de dureza (silicatos) 8% Aditivos de regulación (carbonatos) hasta pH mayor que 5

Condiciones de proceso Temperatura de reacción en etapa 1: 250-350QC Temperatura de reacción en etapa 2: 250-150QC Presión de proceso -0,2 atm Adición de Nz 0,5 m3 N/hora Agitación 450 rpm Oxígeno en reactor menor de 10 ppm

Cantidad de productos obtenidos 1 m3 de hidrocarburos líquidos por cada 3,5 tn de materia prima

Distribución de productos obtenidos 10-5% fracciones ligeras 70-65% fracciones medias 20-30% fracciones pesadas

Ejemplo 2 Aplicación de la invención a biomasa de maderas duras

Para una planta diseñada para tratar 3.500 kg/hora Materia prima: biomasa con una humedad inferior al 15% procedente de maderas duras

(Quercus spp, Castanea spp, U/mus spp)

Catalizador del tipo aluminosilicatos 1,5%

Aditivos de proceso Aditivos iniciadores (arcillas rojas) 0,8% Aditivos coadyuvantes de captura de agua (bentonitas) 5% Aditivos coadyuvantes de captura de oxigeno (ác. carboxílicos) 8% Aditivos coadyuvantes de dureza (silicatos) 3% Aditivos de regulación (carbonatos) hasta pH mayor que 5

Condiciones de proceso Temperatura de reacción en etapa 1: 250-350QC Temperatura de reacción en etapa 2: 250-150QC Presión de proceso -0,2 atm Adición de Nz 0,5 m3 N/hora Agitación 250 rpm Oxígeno en reactor menor de 10 ppm

Cantidad de productos obtenidos 1 m3 de hidrocarburos líquidos por cada 3,5 tn de materia prima

Distribución de productos obtenidos 10-5% fracciones ligeras 70-65% fracciones medias 20-30% fracciones pesadas

Ejemplo 3

Aplicación de la invención a mezcla de residuos procedentes de plantas de tratamiento de residuos urbanos.

Para una planta diseñada para tratar 2.000 kg/hora Materia prima: mezcla de residuos procedentes de plantas de tratamiento de residuos

sólidos urbanos a los que se ha eliminado la materia orgánica fresca, los metales y los materiales inertes tipo cristal. Catalizador del tipo aluminosilicatos 2% Aditivos de proceso

Aditivos iniciadores (arcillas rojas) 2% Aditivos coadyuvantes de captura de agua (bentonitas) 1% Aditivos coadyuvantes de captura de oxigeno (ác. carboxílicos) 0,5% Aditivos coadyuvantes de dureza (silicatos) 8% Aditivos de regulación (carbonatos) hasta pH mayor que 5

Condiciones de proceso Temperatura de reacción en etapa 1: 250-350ºC Temperatura de reacción en etapa 2: 250-150ºC Presión de proceso -0,2 atm Adición de N2 0,5 m3 N/hora Agitación 300 rmp Oxígeno en reactor menor de 10 ppm

Cantidad de productos obtenidos 1 m3 de hidrocarburos líquidos por cada 2 tn de materia prima

Distribución de productos obtenidos 20-15% fracciones ligeras 60-55% fracciones medias 20-30% fracciones pesadas

Nº solicitud08/08/2013F.OEPM08/08/2013F.Efectiva

Claims (5)

1. Reivindicaciones

   1.

2. 2.

3. 3.

   Un procedimiento para obtener líquidos combustibles a partir de materiales poliméricos carbonados (residuos, plásticos y biomasa), que combina lleva a cabo un proceso de pirólisis flash con máxima eficiencia y que comprende las siguientes operaciones unitarias:

   Homogenización. Intercambio térmico. Eliminación de oxígeno. Mezclado con catalizadores y aditivos. Craqueo térmico en condiciones controladas de temperatura (220

   450°C), presión (-1 a 2 atm), agitación (50-600 rpm), oxígeno (1-10 ppm) y atmósfera de N2 . Destilación.

   Fraccionamiento Un procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado porque permite transformar las materias primas de manera eficiente mediante su combinación adecuada con:

   Catalizadores (en proporción del 0,25 al 2%). Aditivos iniciadores (en proporción de 0,5% al 2%). Aditivos coadyuvantes (en proporción entre el 0,5 yeI10%). Aditivos de regulación e intercambio (en proporción hasta un pH mayor

   que 5). Un procedimiento según las reivindicaciones anteriores, en el que la acción de los catalizadores y aditivos, previamente mencionados, permite:

   Una disminución en la generación de partículas volátiles generadas, en comparación con otros procedimientos similares. El empleo de condiciones moderadas de presión en la pirólisis flash. La reducción de temperatura durante dicha pirólisis entre 100 Y 170°C,

   en comparación con otros procedimientos propuestos en la literatura, con el consecuente ahorro energético, que se manifiesta en un consumo reducido entre 0,3 y 3 kWh por kg de materia prima.

   El control adecuado del lecho de reacción en cuanto a la viscosidad, la dureza de sus componentes y el rozamiento dinámico.

   Minimiza la producción de sólidos no procesados. Maximiza la producción de hidrocarburos líquidos, en comparación con otros procedimientos descritos en la literatura.

   Un proceso que no requiere cloro y que, por tanto, reduce el impacto a medio y la corrosión de lo materiales.

   1
4. 4. Un procedimiento según las reivindicaciones anteriores que implica el empleo de una mezcla de catalizadores y aditivos de las siguientes características:

   Catalizadores entre los que destacan aluminosilicatos tipo zeolitasde estructura porosa con diámetros de poro mínimos entre 3 y 30 Angstroms, en una proporción entre 0,25 y 2% del total de la materia presente en el lecho de reacción.

   Arcillas ricas en óxidos de hierro, que fomentan la hidrogenación en el

   núcleo de reacción (0,5 -2%), reduciendo notablemente la generación

   de sólidos no procesados.

   Derivados de ácidos carboxílicos o policarboxílicos, que causan la captura del oxígeno generado en la reacción de craqueo, procedente de los distintos tipos de materiales poliméricos y biomásicos. Se adicionan en proporción del 0,5 % para el caso de plásticos hasta un 10% en el caso de biomasa.

   Bentonitas sódicas y cálcicas (1 -5%, con al menos un 3% en bentonitas cálcicas), que mejoran el rendimiento del proceso.

   Silicatos (1 -10%).
5. 5. Un procedimiento según las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque la mezcla de materias primas, catalizadores y aditivos, junto con la energía aportada al proceso en forma de energía térmica y cinética, que se realiza en un tiempo de residencia inferiores a 2 minutos en el cuerpo del reactor, genera líquidos combustibles similares a los obtenidos por destilación y refino de petróleo.

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