ES2905197T3 - Sistema para convertir neumáticos completos y otros materiales de carbono sólido en componentes recuperables y reutilizables - Google Patents

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Abstract

Sistema (10) para convertir material a base de carbono sólido que comprende: a) una cámara giratoria (12) en la que puede calentarse el material que incluye una abertura (14) que permite que el material se introduzca en una porción interior de la cámara sin triturar ni cortar en partes más pequeñas y una primera salida (20) a través de la cual puede recogerse vapor del material reducido en la cámara; b) un calentador (15) para calentar indirectamente la porción interior de la cámara (12); c) un sistema de recogida de vapor acoplado a la cámara para recoger el vapor emitido a partir del material reducido en la cámara (12), incluyendo el sistema de recogida de vapor una cámara de recogida de vapor: (40) en comunicación con la porción interior de la cámara (12) a través de un primer conducto (24) conectado a la primera salida (20) de la cámara giratoria (12); y d) incluyendo el sistema de recogida de vapor un conducto de escape (30) acoplado al primer conducto (24), una válvula de escape (32) en el conducto de escape (30) y un ventilador de escape (34) acoplado al conducto de escape (30); configurado para permitir que el calentamiento y la reducción del material en la cámara se produzcan a vacío, estando dicho sistema (10) caracterizado porque el calentador (15) está diseñado para calentar dicho material en la porción interior de la cámara (12) hasta una temperatura de entre 176,7°C (350°F) y 593,3°C (1100°F), y un segundo conducto (23) conectado a una segunda salida (21) de la cámara giratoria (12) a través de la cual se recogen sólidos del material reducido en la cámara y a la que está conectado un sistema de vacío (25), dicho sistema de vacío (25) configurado para proporcionar vacío a través de dicha segunda salida (21) a la cámara giratoria (12) en la que se convierte el material a base de carbono.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema para convertir neumáticos completos y otros materiales de carbono sólido en componentes recuperables y reutilizables
Campo de la divulgación
La presente divulgación se refiere a un sistema único para convertir neumáticos completos y otros materiales a base de carbono sólido en componentes recuperables y reutilizables, tales como uno o más de gas de síntesis, aceite, negro de carbono y acero sin combustión de los materiales a base de carbono.
Antecedentes de la divulgación
Se usan diversos métodos para desechar los neumáticos. Por ejemplo, pueden simplemente molerse o triturarse, o usarse como combustible denominado combustible derivado de neumáticos (TDF). Se han usado neumáticos como combustible en la industria del cemento en hornos de cemento, en calderas en fábricas de pulpa y papel, en centrales eléctricas de compañías eléctricas y en calderas industriales. Cuando se usan como combustible, los neumáticos normalmente se muelen o trituran en primer lugar y luego se colocan en un incinerador a altas temperaturas, por ejemplo, por encima de 815,5°C (1500°F), y se incineran como, por ejemplo, en la publicación de solicitud estadounidense US 2004/0025763.
Sin embargo, existen varios problemas con la incineración de neumáticos o el uso de neumáticos como combustible. Uno es el metal de los neumáticos. El metal de los neumáticos tiende a obstruir los sistemas de alimentación en la industria de la pulpa y el papel. Como resultado, la industria de la pulpa y el papel necesita eliminar el metal o desarmar los neumáticos antes de usarlos como combustible. De manera similar, los neumáticos deben desarmarse y, normalmente, triturarse antes de que los usen las compañías eléctricas. Además, cuando se trituran los neumáticos, quedan en el material triturado diminutos finos de metal del anillo de talón de acero de los neumáticos y de los cinturones de acero de los neumáticos radiales.
Otros problemas con la incineración de los neumáticos para combustible implican problemas medioambientales con emisiones a la atmósfera que pueden incluir dioxinas, furanos, monóxido de carbono, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno, óxidos nitrosos (NOx), dióxido de carbono y/o materiales particulados. También puede haber problemas con la eliminación de las cenizas resultantes que pueden incluir metales y metales pesados de los neumáticos, tales como zinc, cromo, cadmio y plomo.
Además, estos métodos de eliminación tampoco recuperan para su reutilización ninguno de los diversos componentes de los neumáticos. Estos componentes incluyen los sólidos de carbono, metales tales como alambre de talón de acero, aceites pesados, aceites ligeros y gas de síntesis. En particular, estos métodos no recuperan estos componentes para su reutilización en la fabricación de un neumático nuevo. El documento US 8350 105 da a conocer un sistema para convertir material a base de carbono sólido en componentes tales como gas de síntesis, aceite, negro de carbono y acero.
Por tanto, existe la necesidad de un sistema mejorado no solo para la eliminación de neumáticos usados, sino también para la recuperación de los componentes del neumático para su reutilización. Además, existe la necesidad de una eliminación de neumáticos más eficiente desde el punto de vista energético y la recuperación de componentes del neumático para su reutilización, en particular para su reutilización en la fabricación de un neumático nuevo.
Sumario de la divulgación
El sistema híbrido de la presente divulgación supera las desventajas anteriormente mencionadas y da como resultado una recuperación de hasta 8 veces o más de energía reutilizable que la que consume para convertir el neumático u otros materiales a base de carbono sólido en productos y/o combustibles utilizables. El presente sistema híbrido es único en el diseño de la maquinaria y en el proceso. En una realización a modo de ejemplo, el presente sistema incluye una cámara diseñada para recibir y procesar material a base de carbono sólido tal como neumáticos, en particular neumáticos completos, en la forma existente sin pretratamiento. El material puede procesarse en la cámara tal como se fabricó ahorrando toda la energía necesaria de lo contrario para pretratar el material, por ejemplo neumáticos, sin triturar ni cortar el material en partes más pequeñas. Cuando el material comprende neumáticos, los neumáticos pueden oscilar, por ejemplo, entre un tamaño de césped y jardín de 38,1 cm (15 pulgadas) de diámetro y neumáticos de minería grandes de aproximadamente 2,74 m (nueve pies) de diámetro.
El sistema híbrido incluye una cámara y está diseñado para mover los neumáticos u otros materiales a base de carbono sólido (“producto”) desde una puerta de carga en un extremo de la cámara, a través de la cual se carga el producto en la cámara. A medida que el producto se calienta, la cámara gira de modo que el calor se aplica indirectamente al producto permitiendo que el producto se licúe y se vaporice. En una realización, la rotación y el calentamiento indirecto del producto provoca un volteo y tostado del producto en la cámara. El calentamiento del producto puede llevarse a cabo calentando una o más paredes de la cámara para calentar indirectamente el material, por ejemplo mediante calor radiante desde una o más paredes de la cámara. En una realización, el calentamiento del producto en la cámara se realiza, al menos en parte, a vacío.
Cuando el producto es un neumático, el neumático colapsa en la cámara a medida que el neumático se calienta. El alambre de acero que está en el neumático queda expuesto. El alambre de acero expuesto ayuda a la descomposición del neumático y la trituración del carbono del neumático hasta dar un polvo. A medida que el neumático se calienta en la cámara, el caucho del neumático comienza a licuarse y se emiten gases a baja temperatura, tales como metano, benceno y otros gases de bajo punto de inflamación, a partir del neumático. Estos gases se capturan en el proceso, por ejemplo mediante un sistema de vacío, y vuelven a presurizarse. Algunos o todos los gases que han vuelto a presurizarse, ahora por ejemplo el gas de síntesis, pueden alimentarse al sistema de quemador, por ejemplo alimentarse automáticamente por medio de un tren de gas, para calentar la cámara. Pueden usarse uno o más reguladores para regular el suministro de gas de síntesis y también para complementar el suministro de gas de síntesis al sistema de quemador con otro combustible, tal como gas natural, según sea necesario. En una realización, los gases recuperados y vueltos a presurizar usados para calentar la cámara se han sometido a un proceso o etapa de enfriamiento.
En una realización, al capturar los gases, denominados gas de síntesis, de la cámara, se recupera hasta el 85 por ciento de la energía requerida para convertir los neumáticos en los componentes separados de aceite, negro de carbono y acero a partir del neumático u otro material de carbono sólido introducido en la cámara. El sistema puede controlarse mediante un programa de software informático diseñado para lograr este resultado en el proceso de conversión.
El sistema está diseñado para calentar neumáticos u otro material a base de carbono sólido hasta una temperatura deseada de aproximadamente 176,7°C (350°F) a aproximadamente 593,3°C (1100°F). Esto da como resultado varios beneficios para los productos producidos a partir de la reacción del presente sistema además de la recogida de gases que pueden generar hasta aproximadamente el 85 por ciento de la energía necesaria para convertir los neumáticos u otro material a base de carbono sólido, concretamente: 1) el aceite que resulta es de calidad utilizable para convertirlo en gasolina, diésel y otros productos a base de aceite utilizables; 2) puede recuperarse acero de un tamaño útil para volverlo a fundir en nuevos productos; y 3) el negro de carbono recuperado mediante el proceso puede utilizarse para fabricar neumáticos nuevos basándose en, por ejemplo, una mezcla de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 30 por ciento de negro de carbono recuperado y de aproximadamente el 70 al 80 por ciento de negro de carbono virgen. Este es el primer resultado conocido de la recuperación de negro de carbono de neumáticos (también denominado negro de carbono derivado de neumáticos) a partir de neumáticos como material de negro de carbono reutilizable útil para la fabricación de neumáticos nuevos. En una realización adicional, el material en la cámara se calienta hasta una temperatura a 593,3°C (1100°F) o por debajo, por ejemplo entre aproximadamente 204,4°C (400°F) y aproximadamente 565,5°C (1050°F).
El presente sistema ofrece una iniciativa ecológica. Minimiza el consumo de energía virgen recuperando gases y aceites de los productos introducidos en el sistema y usando los gases y/o aceites para calentar productos posteriormente introducidos en el sistema. Además, el presente sistema para convertir neumáticos u otro material a base de carbono sólido en los productos utilizables de uno o más de gas de síntesis, aceite, negro de carbono y acero genera solo cantidades mínimas de CO2. El CO2 generado en la conversión de un neumático de pasajeros puede ser de tan solo 22,68 g (1/20 de una libra) de CO2. No se genera ningún otro gas de efecto invernadero en el proceso. Además, el alambre de talón de acero del neumático y el alambre de carcasa radial están tal como los fabricó la empresa de neumáticos. El alambre está limpio y listo para procesarse en acero nuevo. Esto puede ahorrar hasta el 70 por ciento de la energía necesaria en la fabricación de acero a partir de arrabio y otros productos.
En una realización, la cámara del presente sistema tiene paredes laterales ahusadas o de forma cónica y tiene un sistema de nervaduras, tal como nervaduras espirales en el interior de las paredes laterales para ayudar a mover los neumáticos u otro material a base de carbono sólido hasta un extremo de la cámara para recogerse. A medida que la cámara gira, el acero de los neumáticos actúa como material de trituración para romper el negro de carbono en el producto en tamaños utilizables. La rotación de los neumáticos mientras los neumáticos se calientan en un método indirecto permite que los neumáticos se esponjen y permite que el calor penetre en la superficie del neumático indirectamente. Este es el único diseño o sistema conocido que usa este método que permite que los vapores del gas de síntesis y el aceite escapen rápidamente sin demasiado calor directo que da como resultado el deterioro de los materiales. La estructura del negro de carbono puede cambiarse por el calor directo que es demasiado alto. El presente sistema puede extraer el negro de carbono hacia arriba de la pared lateral para garantizar que el material no recibe calor directo que dará como resultado el deterioro del negro de carbono.
En una o más de las realizaciones descritas en el presente documento, se proporciona un sistema para convertir material a base de carbono sólido, incluyendo pero sin limitarse a, por ejemplo, neumáticos completos, comprendiendo el sistema: a) una cámara giratoria en la que puede calentarse el material que incluye una abertura que permite que el material se introduzca en una porción interior de la cámara y una salida a través de la cual pueden recogerse sólidos del material reducido en la cámara; b) un calentador para calentar indirectamente la porción interior de la cámara, el calentador diseñado para calentar la porción interior de la cámara hasta una temperatura de entre aproximadamente 176,7°C (350°F) y aproximadamente 593,3°C (1100°F), preferiblemente a o por debajo de 593,3°C (1100°F), por ejemplo entre aproximadamente 204,4°C (400°F) y aproximadamente 565,5°C (1050°F), más preferiblemente entre aproximadamente 260°C (500°F) y aproximadamente 537,7°C (1000°F); c) un sistema de vacío que incluye un conducto que está conectado a la salida de la cámara a través de la cual se recogen sólidos del material reducido en la cámara; y d) un sistema de recogida de vapor acoplado a la cámara para recoger el vapor emitido a partir del material reducido en la cámara, incluyendo el sistema de recogida de vapor una cámara de recogida de vapor en comunicación con la porción interior de la cámara.
En una cualquiera o más de las realizaciones del sistema, la cámara puede tener una pared sustancialmente circular que puede estar ahusada o no y paneles de extremos opuestos, una entrada de alimentación y una salida, junto con medios de calentamiento para calentar el interior de la cámara, y medios para hacer girar la cámara, estando la cámara diseñada para recibir y procesar producto, tal como neumáticos completos u otro material a base de carbono sólido, convirtiendo el producto en vapor, aceite y residuo sólido, por ejemplo, gas de síntesis, aceite de alto grado, un negro de carbono y metal. Los medios de calentamiento pueden proporcionar un calentamiento indirecto del interior de la cámara. El interior de la pared circular de la cámara puede tener, opcionalmente, una disposición de nervaduras que sobresalen hacia dentro.
En cualquiera o más de las realizaciones descritas en el presente documento, el sistema está dotado además de una cámara de recogida de residuos sólidos conectada al sistema de vacío. Uno o más condensadores pueden estar acoplados a la cámara de recogida de vapor para recibir vapor de la cámara de recogida de vapor y para convertir el vapor en un líquido, por ejemplo, aceite pesado y/o ligero. Pueden incluirse uno o más tanques de almacenamiento para almacenar el líquido. El sistema puede incluir también uno o más depuradores acoplados a una salida del uno o más condensadores, un compresor para volver a presurizar el vapor restante y convertir el vapor restante en gas de síntesis y un tanque de retención para el gas de síntesis resultante del compresor. El sistema puede incluir opcionalmente además un sistema para devolver al menos una porción del vapor, por ejemplo gas de síntesis, a uno o más calentadores usados para calentar la cámara.
En una realización, un método de conversión de material a base de carbono sólido en el presente sistema comprende las etapas de proporcionar una cámara giratoria en la que puede calentarse el material, introducir el material en la cámara, calentar indirectamente la cámara, hacer girar la cámara calentada con el material en la cámara calentada para reducir el material, recoger aceite o gases a baja temperatura o ambos del material reducido de la cámara y recoger sólidos residuales del material reducido de la cámara, en el que la cámara se calienta hasta una temperatura de entre aproximadamente 176,7°C (350°F) y aproximadamente 593,3°C (1100°F). Por ejemplo, la cámara puede calentarse hasta una temperatura de 593,3°C (1100°F) o por debajo, preferiblemente entre aproximadamente 204,4°C (400°F) y aproximadamente 565,5°C (1050°F), más preferiblemente entre aproximadamente 260°C (500°F) y aproximadamente 537,7°C (1000°F). La cámara puede tener una superficie interior y la superficie interior puede estar dotada opcionalmente de un sistema de nervaduras que incluye una o más nervaduras para hacer girar el material en la cámara y ayudar a provocar un volteo del material en la cámara.
En una realización adicional del presente método, el material de producto incluye un neumático. Por ejemplo, el neumático puede ser un neumático completo sólido introducido en la cámara sin pretratamiento del neumático. Se proporciona una cámara que puede proporcionar calentamiento indirecto del neumático, por ejemplo hasta una temperatura de entre aproximadamente 176,7°C (350°F) y aproximadamente 593,3°C (1100°F). En otra realización la cámara se calienta hasta una temperatura de entre aproximadamente 204,4°C (400°F) y aproximadamente 565,5°C (1050°F), preferiblemente entre aproximadamente 260°C (500°F) y aproximadamente 537,7°C (1000°F). El neumático se calienta indirectamente en la cámara. Por ejemplo, pueden calentarse una o más paredes de la cámara. El calor radiante de una o más paredes de la cámara calienta el neumático haciendo que se licúe en la cámara y se reduzca produciendo gases, aceites y sólidos residuales para su recogida. Los gases recogidos pueden incluir uno o más de metano, benceno y gas de síntesis. Los sólidos residuales recogidos pueden incluir sólidos de carbono y/o metal del neumático. El calentamiento y el giro del neumático en la cámara pueden hacer que el neumático colapse y se licúe desprendiendo los gases a baja temperatura. A medida que el neumático se licúa, el acero del neumático puede quedar expuesto y ayudar a la descomposición del neumático y a triturar el carbono del neumático hasta dar un polvo a medida que el neumático da vueltas dentro de la cámara. Al menos una porción de los gases a baja temperatura, por ejemplo gas de síntesis y/o aceite, puede recogerse y usarse para calentar la cámara. Los gases pueden proporcionar hasta el 85% de la energía necesaria para calentar la cámara y reducir un neumático posteriormente introducido en la cámara. La cámara se hace funcionar a vacío.
En una realización adicional, se da a conocer un método de conversión de un neumático u otro material a base de carbono sólido, en el que el método incluye proporcionar una cámara tal como la cámara anteriormente mencionada, alimentar un neumático u otro material a base de carbono sólido o ambos a la cámara, calentar indirectamente la cámara, hacer girar la cámara calentada y reducir el material en la cámara calentada a vacío, recoger el residuo sólido de la cámara, recoger vapor de la cámara y convertir el vapor recogido de la cámara en un líquido. En una cualquiera o más realizaciones, en las que el material incluye neumáticos, el método incluye calentar la cámara hasta una temperatura de desde aproximadamente 176,7°C (350°F) hasta aproximadamente 593,3°C (1100°F), por ejemplo a o por debajo de 593,3°C (1100°F), preferiblemente de aproximadamente 204,4°C (400°F) a aproximadamente 565,5°C (1050°F), más preferiblemente de aproximadamente 204,4°C (400°F) a aproximadamente 537,7°C (1000°F), recoger el residuo sólido, por ejemplo, carbono del neumático y/o metal del neumático, tal como negro de carbono, y recoger vapor, por ejemplo, aceite vaporizado, y benceno, gas metano y/o gas de síntesis de la cámara. Si se desea, el aceite puede convertirse en, por ejemplo, fueloil n.° 2 a n.° 6.
Cuando el material alimentado a la cámara incluye un neumático, los sólidos residuales recogidos del neumático reducido de la cámara pueden incluir sólidos de carbono, tales como negro de carbono, que retienen su resistencia a la tracción. Los sólidos de carbono pueden mezclarse con negro de carbono virgen, por ejemplo en la razón descrita anteriormente, para formar una mezcla para su uso en la producción de neumáticos.
Otros sistemas, dispositivos, características y ventajas del sistema dado a conocer serán o resultarán evidentes para un experto en la técnica tras el examen de los siguientes dibujos y la descripción detallada.
Breve descripción de los dibujos
Muchos aspectos del sistema y el método de conversión de un material, en particular neumáticos y otro material a base de carbono sólido, de la presente divulgación, pueden entenderse mejor con referencia a los dibujos adjuntos, las figuras 1 - 3. Los componentes de los dibujos no están necesariamente a escala, sino que se hace hincapié en ilustrar claramente los principios del presente sistema y método. Además, en los dibujos, números de referencia similares designan partes correspondientes en todas las varias vistas.
Las figuras 1A-1C ilustran un diseño de sistema a modo de ejemplo para llevar a cabo un método de la presente divulgación que incluye una cámara a modo de ejemplo.
Las figuras 2A-C ilustran otra realización a modo de ejemplo de una cámara de la presente divulgación.
La figura 3 ilustra un diseño de sistema único para llevar a cabo uno método de la presente divulgación, que incluye una o más cámaras.
Descripción de las realizaciones a modo de ejemplo
En referencia más específicamente a los dibujos en los que números de referencia similares se refieren a elementos similares en todas las varias vistas, en las figuras 1A-C se ilustra una realización no limitativa a modo de ejemplo del sistema y método de conversión de material, en particular neumáticos y otro material a base de carbono sólido, de la presente divulgación. El sistema 10 incluye una cámara gasificadora 12, normalmente aislada, para convertir material, en particular, neumáticos y otro material a base de carbono sólido. En una cualquiera o más realizaciones, la cámara gasificadora 12 es una cámara giratoria que tiene paneles de extremos opuestos, teniendo un panel de extremo una entrada de alimentación 14, tal como una puerta, que permite la introducción del material en la cámara 12. La cámara 12 puede incluir uno o más calentadores o quemadores 15, por ejemplo quemadores de bajas emisiones de NOx, para calentar y convertir el material. El uno o más calentadores 15 pueden usarse para calentar una o más de las paredes 16 de la cámara 12 permitiendo que la una o más paredes 16 calienten el material indirectamente irradiando calor desde la(s) superficie(s) interior(es) de las paredes 16 hacia el interior de la cámara 12.
La cámara 12 incluye una salida 21 para retirar material de la cámara 12 resultante del calentamiento del material en la cámara y la rotación de la cámara. El sistema incluye un sistema de vacío 25 que incluye una línea de vacío 23 conectada a la salida 21 para retirar materiales sólidos de la cámara 12. La salida 21 puede estar en uno u otro panel de extremo de la cámara 12 o en una pared lateral. La cámara gasificadora 12 puede tener una paleta y canaleta de recogida 18 asociada con la salida de la cámara 21 para retirar sólidos de la cámara en cooperación con la línea de vacío 23.
En una cualquiera o más de las realizaciones, la cámara gasificadora 12 es una cámara giratoria cilíndrica que tiene una pared sustancialmente circular 16 en sección transversal. Se proporcionan un motor y medios de acoplamiento asociados (no mostrados) para hacer girar la cámara. La pared 16 puede estar, pero no necesariamente, ahusada teniendo un diámetro más grande en un panel de extremo que en un panel de extremo opuesto. La cámara, por tanto, puede estar ahusada con el fin de empujar el producto hasta un extremo de la cámara para la trituración y al revés para descargar la cámara. La cámara, por ejemplo, puede variar en tamaño desde 0,91 m (3 pies) de diámetro hasta 3,05 m (10 pies) y puede variar en longitud desde 3,05 m (10 pies) hasta 6,10 m (20 pies). El ahusamiento de la cámara puede ser, por ejemplo, de entre un 1% y un 10% de la elevación. Por ejemplo, la cámara 12 puede tener un diámetro más grande en un extremo de la cámara que en su extremo opuesto formando así un sistema de husillo giratorio ahusado que permite tanto los sistemas de rotación como de descarga para la cámara 12 y también la pulverización del negro de carbono en el material utilizando el alambre de acero de desecho en el material, si está presente.
En una realización, la pared circular 16 puede incluir, pero no necesariamente, una pluralidad de nervaduras o paletas 19 montadas o unidas a la superficie interior de la pared circular 16 y que sobresalen hacia dentro desde la superficie interior de la pared. En una realización, las nervaduras o paletas agitadoras 19 pueden sobresalir hacia dentro en cualquier lugar desde aproximadamente 0,32 cm (1/8 de una pulgada) hasta aproximadamente 7,62 cm (3 pulgadas) de altura. En una realización, las nervaduras 19 pueden estar situadas de una manera helicoidal, tal como se ilustra, por ejemplo, en la figura 1B. Tal como se ilustra en la figura 1C, el panel de extremo de descarga de la cámara puede incluir una vena y canaleta de recogida 18 para retirar el negro de carbono de la cámara 12. Las nervaduras 19 pueden ser nervaduras de 1,27 cm ( ^ pulgada) para triturar el negro de carbón de los neumáticos, limpiar el alambre de talón de acero y agrupar los cinturones de acero de los neumáticos. La cámara gasificadora giratoria 12 con las paletas agitadoras 19 proporciona una vaporización eficaz del material de neumáticos y una pulverización del negro de carbono del material de neumáticos.
Opcionalmente, la cámara 12 puede incluir además nervaduras 19' montadas en la superficie interior del panel de extremo de salida 17 de la cámara 12, tal como se ilustra, por ejemplo, en las figuras 2B y 2C. En una realización, las nervaduras 19' montadas en la superficie interior del panel de extremo de salida 17 pueden sobresalir hacia dentro desde la superficie interior del panel de salida o bien perpendiculares a la superficie interior del panel, tal como se ilustra, por ejemplo, en la figura 2A, o bien en un ángulo con la superficie interior del panel de salida 17, tal como se ilustra, por ejemplo, en la figura 2B. En una realización, las nervaduras 19' pueden estar en ángulo de una manera tal que convergen una hacia la otra y hacia la salida de la cámara 21 y la línea de vacío de descarga 23 para descargar y transferir el negro de carbono desde la cámara 12 hasta la línea de vacío 23. En aún otra realización, las nervaduras 19' puede tener una configuración de tipo caracol, tal como se ilustra en la figura 2C, para ayudar a la trituración, por ejemplo, del carbono de los neumáticos, las correas de acero limpias y el alambre de talón.
Conectado a la salida de la cámara 21 hay un conducto 23 que en un extremo dirige los materiales sólidos resultantes del calentamiento y la trituración de los materiales dentro de la cámara 12 hacia una cámara de recogida 28. Puede incluirse una válvula de descarga (no mostrada) para ayudar a descargar periódicamente los sólidos, tales como negro de carbono, de la cámara de recogida 28. El conducto 24 conectado a la salida 20 dirige los gases de salida desde la cámara 12 hacia una cámara de recogida de vapor 40.
Antes de que el conducto 24 alcance la cámara de vapor 40, se incluye un conducto de escape 30 que tiene una válvula de escape 32 junto con un ventilador de escape 34. Esto permite que el calentamiento y la reducción del material en la cámara se produzcan a vacío. El vacío en la cámara 12 se proporciona mediante el sistema de vacío 25 conectado mediante el conducto 23 a la cámara 12 en la salida 21. En una realización, el vacío mínimo en la cámara 12 puede ser de aproximadamente 1378 Pa (0,2 psi) y el vacío máximo puede ser de aproximadamente 3447 Pa (0,5 psi).
En una realización, los gases de la cámara 12 pueden recogerse, volver a presurizarse y devolverse al/a los calentador(es) 15 sin someter los gases a un proceso o etapa de enfriamiento.
En una realización, los gases a alta temperatura de la conversión del material en la cámara 12 pueden recogerse temporalmente en la cámara de vapor 40 donde pueden comenzar a enfriarse. La cámara de vapor 40 tiene una salida que incluye un conducto de salida 42 que conduce a una o más cámaras de condensación 44, que tienen una salida 46 que conduce a uno o más tanques de recogida 47 y, por ejemplo, una válvula de seguridad de sobrepresión 48. En una realización, el uno o más condensadores 44 pueden estar enfriados con agua para enfriar los gases que salen de la cámara 12. El/los tanque(s) de recogida 47 puede(n) usarse para recoger, por ejemplo, diversos aceites. La cámara de vapor 40 puede incluir una segunda salida (no mostrada) que conduce a un tanque 41 para recoger aceites no recogidos en el/los tanque(s) 47. Los aceites pueden incluir, por ejemplo, hidrocarburos aromáticos, olefínicos e iso-parafínicos. También pueden incluirse bencenos, naftenos y toluenos. En una realización, los aceites más ligeros pueden recogerse en el/los tanque(s) 47 y los aceites más pesados pueden recogerse en el tanque 41. El tanque 41 puede incluir opcionalmente un condensador para condensar y recoger aceites pesados.
El uno o más condensadores 44 tienen una salida que incluye un conducto de salida 50 que puede conducir a uno o más depuradores de vapor de gas 52. Puede proporcionarse un conducto de salida 54 para el uno o más depuradores 52 que conducen a un compresor 56, al conducto de salida del condensador 58 y en última instancia a un tanque de retención 64. Puede estar incluido en el conducto de salida del compresor 58 un medidor de vapor de gas 62. Puede proporcionarse un conducto de salida 66 para el tanque de retención 64 para contener, por ejemplo vapores de gas. La entrada al compresor 56 puede usarse también para generar vacío en la cámara 12 para proporcionar el calentamiento y la reducción del material en la cámara 12.
En la realización ilustrada en la figura 1A, el conducto de salida del compresor 58 conduce a una válvula 63, por ejemplo una válvula de tres vías, que puede controlar el flujo de los vapores de gas comprimido que salen del compresor 56 a cualquier tanque de almacenamiento 64 para almacenar el gas comprimido, por ejemplo, gas de síntesis y/o desviar parte del gas comprimido al conducto 65 que conduce a un segundo tanque de almacenamiento 67 que puede usarse, por ejemplo, como tanque de almacenamiento de gas de antorcha. El conducto 68 permite que el gas almacenado en el tanque 67 se envíe a un regulador 69a y en última instancia desde el regulador 69a hasta el quemador de gas de antorcha 15a que proporciona un sistema único para eliminar vapores no inflamables del proceso y monitorizar la inflamabilidad de los vapores, permitiendo así un sistema de control informático para alentar el uso de estos vapores para encender los quemadores 15.
Por otro lado, un conducto 66 permite que el gas, tal como gas de síntesis, almacenado en el tanque 64, se envíe por medio del regulador 69b en última instancia al sistema de quemador que incluye uno o más quemadores 15. En la realización ilustrada en la figura 1A, se ilustran seis quemadores. Pueden emplearse más o menos quemadores, sin embargo. Adicionalmente, el conducto 70 proporciona una entrada para alimentar un combustible alternativo, por ejemplo gas natural al conducto 66, en última instancia al sistema de quemador a través del regulador 69b. El combustible alternativo puede usarse para complementar el gas del tanque 64 para el sistema de quemador o en lugar del gas del tanque 64. Pueden proporcionarse válvulas de retención 72 en las líneas de conducto 66 y 70 para garantizar que los respectivos gases fluyen en la dirección deseada hasta el sistema de quemador.
La figura 3 ilustra aún otra realización de la presente divulgación en la que una pluralidad de cámaras 12 pueden estar acopladas entre sí en un sistema para convertir materiales a base de carbono, incluyendo neumáticos completos, en componentes recuperables y reutilizables tal como se describió anteriormente. En la realización ilustrada en la figura 3, se ilustran dos cámaras. Sin embargo, pueden incluirse cámaras adicionales. Cada cámara 12 en esta realización de múltiples cámaras puede construirse y hacerse funcionar tal como se describió anteriormente. Cada cámara incluye una salida para la retirada de materiales sólidos, tales como negro de carbono, tal como se describió anteriormente. Cada cámara 12 también incluye una salida 20 conectada a un conducto 24 para retirar componentes de vapor recuperables y para suministrar los componentes tal como se describió anteriormente en relación con un sistema de una sola cámara para su procesamiento de una manera similar. Por ejemplo, cada cámara 12 puede incluir un conducto de escape 30a, b que puede tener una válvula de escape que conduce a un ventilador de escape 34. El conducto 24 de cada cámara 12 puede combinarse en un solo conducto que conduce a la cámara de recogida de vapor 40 que tiene un conducto de salida 42 que conduce a una o más cámaras de condensación (condensadores) 44 y una salida 46 conectada al uno o más condensadores 44. Pueden incluirse uno o más tanques de recogida 41 y 47, tal como se describió anteriormente, para recoger diversos aceites, tales como aceites ligeros y aceites pesados.
La realización de múltiples cámaras de la figura 3 puede emplearse de una manera para alimentar de manera continua la cámara de vapor 40 y, en última instancia, para producir de manera continua diversos aceites, tales como aceites ligeros y aceites pesados. Por ejemplo, aunque se procesen neumáticos de manera discontinua en cada una de las cámaras 12, el procesamiento de los neumáticos en las diversas cámaras puede secuenciarse de una manera tal que haya siempre un flujo de vapor desde las cámaras 12 hasta la cámara de vapor 40.
En una realización a modo de ejemplo, el método de conversión de material en el sistema de la presente divulgación implica convertir neumáticos y recuperar, por ejemplo, gas de síntesis, negro de carbono, metal o acero, y aceites de los neumáticos. Pueden introducirse neumáticos completos en la cámara 12 a través de la puerta de alimentación 14. No es necesario que los neumáticos se trituren o se pulvericen antes de colocarse en la cámara 12. Además, no es necesario desarmar los neumáticos antes de colocarlos en la cámara 12. Por ejemplo, pueden colocarse en la cámara neumáticos completos que oscilan entre 10,16 cm (4 pulgadas) de diámetro y 304,8 cm (120 pulgadas) de diámetro y procesarse mediante el presente sistema.
En una cualquiera o más de las realizaciones en el presente documento, se proporciona una cámara en la que puede introducirse material a base de carbono sólido, tal como neumáticos. La cámara se calienta y se hace girar. La cámara se hace funcionar a vacío, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 1378 Pa (0,2 psi) a aproximadamente 3447 Pa (0,5 psi). Esto hace que los neumáticos u otro material a base de carbono sólido, o ambos, giren por la cámara mediante las nervaduras internas 19, 19' de la cámara 12. En el caso de neumáticos, las nervaduras 19 levantan los neumáticos y permiten que caigan a medida que se levantan por la pared lateral de la cámara permitiendo que el calor de la superficie de la cámara 12 se suministre una y otra vez, similar a una secadora de ropa. Esto permite una transferencia de calor continua a los neumáticos y el control de la temperatura de superficie de los neumáticos. En una realización del proceso, el giro de los neumáticos por la pared lateral de la cámara 12 permite que los neumáticos se tuesten uniformemente, en particular la superficie de los neumáticos.
Además, el control de la temperatura en la cámara 12 desde aproximadamente 176,7°C (350°F) hasta aproximadamente 593,3°C (1100°F), por ejemplo a o por debajo de 593,3°C (1100°F), preferiblemente desde aproximadamente 204,4°C (400°F) hasta aproximadamente 565,5°C (1050°F), más preferiblemente desde aproximadamente 260°C (500°F) hasta aproximadamente 537,7°C (1000°F), permite que la carcasa del neumático libere gases a medida que los neumáticos colapsan y se licúan, y permite que se libere el negro de carbono de los neumáticos sin deterioro. El negro de carbono recuperado de los neumáticos mantiene su resistencia a la tracción, rendimiento y propiedades necesarias para reutilizarse en la fabricación de neumáticos, lo que hace que este proceso sea único. Por ejemplo, el negro de carbono recuperado puede tener un grado de N200 a N700, incluyendo en particular N660.
La superficie interior de la cámara 12 con nervaduras 19 que levantan y hacen girar los neumáticos tiene al menos dos ventajas únicas. Además de levantar y hacer girar los neumáticos y controlar la temperatura de los neumáticos, el alambre de acero de los neumáticos puede actuar como herramienta de trituración o impacto para ayudar a reducir el tamaño de los neumáticos, en particular sus productos de carbono, hasta un polvo de grano fino. A medida que los neumáticos pierden su forma y se separan, las nervaduras y/o la pared ahusada de la cámara 12 mueven el material hasta un extremo de la cámara. Además, el alambre de talón ahora liberado de los neumáticos y las nervaduras de la cámara reducen el tamaño del negro de carbono y limpian el alambre de acero de los materiales de hidrocarburo restantes del acero.
En una realización, la pared circular 16 de la cámara 12, tal como se mencionó anteriormente, puede estar ahusada de manera que su diámetro se estrecha en la dirección de la salida de la cámara 21. Un ahusamiento de este tipo puede ayudar a empujar los neumáticos desde el extremo de alimentación 14 de la cámara 12 hacia la salida 21, a medida que la cámara gira y a medida que los neumáticos se procesan, para potenciar la trituración del material de carbono de los neumáticos hasta dar un polvo fino.
En una realización, las nervaduras de la cámara 12 pueden estar también ahusadas para empujar el material de la cámara hacia la salida 21 y para una mejor trituración. En una realización, el presente método puede implicar cambiar la dirección de rotación de la cámara a la dirección opuesta para ayudar a la trituración del material de neumáticos de manera que, por ejemplo, la cámara 12 se hace girar en primer lugar en una dirección y posteriormente en la dirección opuesta para procesar los neumáticos.
El proceso de conversión llevado a cabo en la cámara 12 puede ser un proceso discontinuo en el que uno o más neumáticos se colocan en la cámara y se procesan. El carbono de los neumáticos, por ejemplo negro de carbono, en forma de un polvo fino, se retira de la cámara 12 a través de la salida de la cámara 21 a la línea de vacío 23 cayendo en última instancia en la cámara de recogida 28 y se recoge, por ejemplo en una tolva o en súper sacos. Al final del proceso, solo los talones de acero, y en el caso de neumáticos radiales, el alambre de cordón, pueden quedar en el recipiente o la cámara 12. Este metal puede retirarse posteriormente y venderse como chatarra.
En el caso del procesamiento de neumáticos, el vapor que sale de la cámara 12 puede incluir vapor en forma de aceite vaporizado y benceno y gas de síntesis, vapor que puede suministrarse mediante el conducto 24 a la cámara de vapor 40 donde se contiene temporalmente el vapor. Además, el vapor que sale de la cámara 12 puede volver a presurizarse y devolverse al/a los calentador(es) 15 para calentar la cámara 12. El vapor puede salir de la cámara de vapor 40 por medio del conducto 42 y puede suministrarse al uno o más tanques de almacenamiento 41 y/o una o más cámaras de condensación 44. En una realización, las cámaras de condensación pueden estar enfriadas con agua para ayudar a la condensación del vapor en un líquido, en particular aceite. El aceite que se recoge en la base de la una o más cámaras de condensación 44 puede retirarse por medio de la salida de la cámara de condensación 46 y suministrarse a uno o más tanques de recogida 47. Tal como se indicó anteriormente, los tanques 41 y 47 pueden usarse para recoger diversos aceites.
El vapor restante puede suministrarse desde la una o más cámaras de condensación 44 por medio del conducto 50 hasta uno o más depuradores de gas 52 donde pueden eliminarse las impurezas. El vapor limpio puede suministrarse entonces por medio del conducto 54 al compresor 56. En una realización, el compresor 56 puede volver a presurizar el vapor restante hasta aproximadamente 276 kPa (40 psi), lo que permite que quemadores convencionales usen el vapor o el gas comprimido para calentar la cámara 12. El vapor vuelto a presurizar, ahora por ejemplo gas de síntesis, puede almacenarse en un tanque tal como el tanque 64. El gas de síntesis en el tanque de retención 64 puede devolverse de nuevo a uno o más calentadores 15, y a los quemadores en los calentadores, para ayudar a calentar la cámara 12. El uso de gas de síntesis para los calentadores 15 puede reducir la necesidad de una fuente de combustible externa para calentar la cámara 12 en tanto como un 85%. El gas comprimido puede desviarse al conducto 65 que conduce a un segundo tanque de almacenamiento 67 que puede usarse, por ejemplo, como tanque de almacenamiento de gas de antorcha. El conducto 68 permite que el gas almacenado en el tanque 67 se envíe al regulador 69a y en última instancia desde el regulador 69a hasta el quemador de gas de antorcha 15a, lo que proporciona un sistema único para eliminar vapores no inflamables y monitorizar la inflamabilidad de los vapores, permitiendo así un sistema de control informático para alentar el uso de estos vapores para encender los quemadores 15.
51 se desea, puede cargarse un gas inerte, tal como nitrógeno, en la cámara 12 al comienzo y/o al final del proceso. La introducción de un gas inerte en la cámara puede ayudar a proteger contra explosiones, particularmente al comienzo de un ciclo de procesamiento discontinuo. Al final de un ciclo discontinuo, a medida que la cámara se enfría, puede contraerse. La introducción de un gas inerte al final del ciclo puede ayudar a mantener un nivel de vacío deseado en la cámara.
El sistema de la presente divulgación, por tanto, puede no solo recuperar el negro de los neumáticos, por ejemplo en forma de negro de carbono, de los neumáticos, sino también recuperar el acero de los neumáticos para su rescate así como recuperar los compuestos orgánicos de los neumáticos en forma de aceites ligeros y pesados, incluyendo, por ejemplo, fueloil n.° 2 a n.° 6 que puede refinarse para dar productos derivados del petróleo. La presente divulgación no se limita al procesamiento de neumáticos. Por ejemplo, puede procesarse cualquier material a base de carbono sólido tal como zapatos, plástico, cinturones de caucho y pistas de construcción de caucho de cualquier tamaño mediante el presente sistema.
Debe hacerse hincapié también en que las realizaciones descritas anteriormente de la presente divulgación son meramente posibles ejemplos de implementaciones expuestas para lograr una comprensión clara de los principios de la presente divulgación.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Sistema (10) para convertir material a base de carbono sólido que comprende:
    a) una cámara giratoria (12) en la que puede calentarse el material que incluye una abertura (14) que permite que el material se introduzca en una porción interior de la cámara sin triturar ni cortar en partes más pequeñas y una primera salida (20) a través de la cual puede recogerse vapor del material reducido en la cámara;
    b) un calentador (15) para calentar indirectamente la porción interior de la cámara (12);
    c) un sistema de recogida de vapor acoplado a la cámara para recoger el vapor emitido a partir del material reducido en la cámara (12), incluyendo el sistema de recogida de vapor una cámara de recogida de vapor: (40) en comunicación con la porción interior de la cámara (12) a través de un primer conducto (24) conectado a la primera salida (20) de la cámara giratoria (12); y
    d) incluyendo el sistema de recogida de vapor un conducto de escape (30) acoplado al primer conducto (24) , una válvula de escape (32) en el conducto de escape (30) y un ventilador de escape (34) acoplado al conducto de escape (30); configurado para permitir que el calentamiento y la reducción del material en la cámara se produzcan a vacío, estando dicho sistema (10) caracterizado porque el calentador (15) está diseñado para calentar dicho material en la porción interior de la cámara (12) hasta una temperatura de entre 176,7°C (350°F) y 593,3°C (1100°F), y
    un segundo conducto (23) conectado a una segunda salida (21) de la cámara giratoria (12) a través de la cual se recogen sólidos del material reducido en la cámara y a la que está conectado un sistema de vacío (25) , dicho sistema de vacío (25) configurado para proporcionar vacío a través de dicha segunda salida (21) a la cámara giratoria (12) en la que se convierte el material a base de carbono.
  2. 2. Sistema según la reivindicación 1, que incluye además uno o más condensadores (44) acoplados a la cámara de recogida de vapor para recibir vapor de la cámara de recogida de vapor y convertir el vapor en un aceite y uno o más tanques de almacenamiento (47) para almacenar el aceite.
  3. 3. Sistema según la reivindicación 2, que incluye además uno o más depuradores (52) acoplados a una salida del uno o más condensadores, un compresor (56) para volver a presurizar el vapor restante y convertir el vapor restante en gas de síntesis, y un tanque de retención (64) para el gas de síntesis producido por el compresor.
  4. 4. Sistema según la reivindicación 3, que incluye un sistema para devolver al menos una porción del gas de síntesis del tanque de retención de gas de síntesis (64) al calentador (15) para calentar la cámara.
  5. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye una pluralidad de dichas cámaras, incluyendo cada cámara (12) un calentador para calentar indirectamente la porción interior de la cámara, en el que el sistema de vacío incluye conductos que están conectados a las salidas (21) de las cámaras a través de las cuales se recogen sólidos del material reducido en las cámaras, y el sistema de recogida de vapor está acoplado a las cámaras para recoger vapor emitido a partir del material reducido en las cámaras, incluyendo el sistema de recogida de vapor una cámara de recogida de vapor (40) en comunicación con la porción interior de cada una de las cámaras.
  6. 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el calentador (15) está diseñado para calentar dicho material en el interior de la cámara hasta una temperatura de entre 204,4°C (400°F) y 565,5°C(1050°F), preferiblemente hasta una temperatura de entre 260°C(500°F) y 537,7°C(1000°F).
  7. 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara (12) está diseñada para el procesamiento discontinuo de dicho material y el sistema incluye además medios para cargar un gas inerte en la cámara al comienzo o al final, o ambos, del procesamiento del material.
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