ES2911279T3 - Procedimiento de gasificación con lecho fluidizado de neumáticos - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de fabricación de un gas de síntesis que comprende las etapas siguientes: a) cargar un reactor de lecho fluidizado o de lecho fijo con una fuente de potasio y unos neumáticos o unos trozos de neumáticos, estando la cantidad de potasio aportada por la fuente de potasio comprendida entre el 0,5 y el 100% en masa con respecto a la masa de neumáticos o de trozos de neumáticos; b) inyectar en el reactor de la etapa a), un gas de gasificación a una velocidad comprendida entre 0,1 m.s-1 y 5 m.s-1, estando la temperatura en el seno de dicho reactor comprendida entre 800 y 1200ºC, siendo la etapa b) realizada en presencia de vapor de agua; c) recuperar el gas de síntesis.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de gasificación con lecho fluidizado de neumáticos
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un gas de síntesis por gasificación de neumáticos o trozos de neumáticos.
La gasificación es una técnica muy conocida y se utiliza mucho para quemar los combustibles fósiles sólidos y líquidos pesados, incluidos los fondos de refinado. La gasificación es una reacción endotérmica entre el material carbonado y el agente gasificante:
C+H2O ^ CO H2 (1)
C C O 2^ 2CO (2)
La gasificación permite convertir unos materiales carbonados, tales como el carbón, el petróleo, los biocarburantes, la biomasa, en presencia de agente gasificante y a unas temperaturas elevadas, generalmente superiores a 800°C, en gas de síntesis denominado también sintegás. Este gas de síntesis puede entrar a continuación en la transformación o fabricación de otros compuestos.
El gas de síntesis generado comprende mayoritariamente unos gases CO, CO2, H2. Puede contener asimismo unos compuestos minoritarios (NH3 , HCl, HF, HCN, H2S, COS, metales alcalinos, etc.), por ejemplo en estado de vapor. Por último, para unas gasificaciones a baja temperatura (<1200°C), se obtiene una parte más o menos significativa de compuestos hidrocarbonados en forma gaseosa (alquitranes, CH4), resultante de un craqueo incompleto de los gases de pirólisis.
Los gases de síntesis se pueden quemar directamente en los motores de combustión interna, o se pueden separar o utilizar para producir diferentes productos, como unos carburantes de síntesis, en particular a través del procedimiento Fischer-Tropsch.
La gasificación utiliza a menudo una oxidación parcial del material introducido para aportar el calor necesario para la conversión del carbono contenido en una carga de alimentación con gas de síntesis que comprende monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2).
Los neumáticos usados y los desechos de neumáticos pueden ser una carga de alimentación. Así, la gasificación permite aprovechar estos desechos. Además, los neumáticos usados no reciclados constituyen una preocupación medioambiental, ya que son eliminados generalmente en vertederos, se acumulan en montones en unas zonas de almacenamiento de neumáticos o se incineran. El reciclaje de los neumáticos usados en materias de interés para la industria del neumático presenta unas dificultades ya que el neumático es un material compuesto. Además, las composiciones de neumáticos difieren según las diferentes partes del neumático (goma interior, capas, flanco, banda de rodadura, etc.) pero también según el uso del producto (mercado de vehículos pesados, vehículos utilitarios, máquinas de ingeniería civil, máquinas agrícolas, aviación, motocicleta o bicicleta).
Existen diferentes tipos de reactores para gasificar un residuo carbonado, en particular unos lechos fijos, unos lechos fluidizados o también unos reactores de flujos arrastrados. Estos reactores funcionan en modo continuo.
Ya se han descrito unos procedimientos de tratamiento de los desechos carbonados (incluidos los neumáticos) por gasificación en unos reactores de lecho fluidizado. Por ejemplo, la solicitud EP 776962 describe un procedimiento de gasificación en 2 etapas que utiliza una combinación de 2 tipos de reactores:
- una primera etapa de gasificación en un lecho fluidizado a 450-800°C;
- una segunda etapa de gasificación en un reactor de alta temperatura a 1300°C o más.
En el documento WO 2011/129878 se describe asimismo un procedimiento en dos etapas (gasificación para obtener un gas que contiene unos alquitranes a aproximadamente 800°C y después una 2a gasificación de este gas a aproximadamente 1200°C para producir gas de síntesis).
Los procedimientos de gasificación conocidos adolecen del inconveniente de necesitar mucha energía de calentamiento, en particular a causa del bajo rendimiento, y de los tiempos de calentamiento largos, incompatibles con las exigencias de los industriales.
Se conocen asimismo unos procedimientos de gasificación que utilizan la técnica en lecho fluidizado, en los que se puede regular ventajosamente la temperatura en el interior del reactor para no alcanzar el punto de reblandecimiento de las cenizas, y limitar o evitar así la aglomeración del lecho. En efecto, para los industriales, es ventajoso poder trabajar a unas temperaturas comprendidas entre 850°C y 1000°C. Esta regulación es posible en particular actuando sobre la tasa de inyección de vapor de agua y/o de agente gasificante en la entrada.
Ahora bien, a estas temperaturas de funcionamiento, la velocidad de reacción de los neumáticos es muy lenta, comparada con las biomasas para las que se han desarrollado estas tecnologías en lecho fluidizado. En efecto, se realizaron unos ensayos de gasificación en un lecho fluidizado piloto. Ahora bien, la conversión del carbono contenido en unos neumáticos en gas de síntesis sigue siendo inferior al 50%, y la fracción de carbono restante en el residuo carbonado es elevada (véase la figura 1). Estos resultados muestran que incluso a 950°C, la gasificación, en particular la gasificación bajo vapor de agua, de los neumáticos usados no es suficientemente fuerte para que el funcionamiento industrial de un lecho fluidizado sea equilibrado y se alcance la rentabilidad económica.
Los documentos WO 81/01713 A1 y CN 104 629 806 A divulgan unos procedimientos para gasificar unos neumáticos sin la utilización explícita de un catalizador.
Se ha vuelto necesario encontrar un medio de simplificar los procedimientos de gasificación de los neumáticos y en particular proponer unos procedimientos adaptados a las limitaciones industriales.
La invención tiene por objetivo remediar estos inconvenientes proporcionando un procedimiento de gasificación de los neumáticos usados que sea fiable y energéticamente eficiente y, por consiguiente, con una cinética suficiente para una utilización a gran escala.
La presente invención permite proporcionar un nuevo procedimiento de fabricación de gas de síntesis que tiene una o varias de las características siguientes:
- el procedimiento es sencillo de poner en práctica;
- el procedimiento puede ser instalado en una línea de producción continuamente en una fábrica de producción;
- el procedimiento permite tratar una gran cantidad de neumáticos de manera muy rápida, por ejemplo en menos de 15 minutos;
- el procedimiento utiliza poca cantidad de catalizador;
- el procedimiento no utiliza metales, en particular níquel;
- el procedimiento utiliza una sola etapa de gasificación;
- el procedimiento permite beneficiarse de las ventajas de los lechos fluidizados o de los lechos fijos.
La invención tiene por objeto un procedimiento de fabricación de un gas de síntesis que comprende las etapas siguientes:
a) cargar un reactor de lecho fluidizado o de lecho fijo con una fuente de potasio y unos neumáticos o unos trozos de neumáticos, estando la cantidad de potasio aportada por la fuente de potasio comprendida entre el 0,5 y el 100% en masa con respecto a la masa de neumáticos o de trozos de neumáticos;
b) inyectar en el reactor de la etapa a), un gas de gasificación a una velocidad comprendida entre 0,1 m.s'1 y 5 m.s'1, estando la temperatura en el seno de dicho reactor comprendida entre 800 y 1200°C, siendo la etapa b) realizada en presencia de vapor de agua;
c) recuperar el gas de síntesis.
El procedimiento según la invención se realiza preferentemente en continuo. Más particularmente, la carga del reactor en la etapa a) del procedimiento se realiza continuamente.
Preferentemente, la etapa a) del procedimiento según la invención se realiza en caliente, es decir que el reactor está caliente, más particularmente el reactor está caliente cuando tiene lugar la carga de los neumáticos o de los trozos de neumáticos.
La etapa a) del procedimiento según la invención comprende la carga de neumáticos o de trozos de neumáticos. Los neumáticos pueden proceder de neumáticos usados o de neumáticos nuevos pero rechazados en el control de calidad cuando tiene lugar su fabricación.
Los trozos de neumáticos pueden proceder de diferentes recursos de neumáticos procedentes de tratamiento mecánico: los pedazos procedentes de las primeras etapas de despedazado que representan unos tamaños de objeto centimétricos, los triturados de tamaño milimétrico y los triturados de tamaño <1 mm denominados también caucho de miga. Estos diferentes materiales introducidos se distinguen por su tamaño, la naturaleza de los contaminantes susceptibles de estar presentes (normalmente el metal en las primeras etapas de despedazado).
Preferentemente, la carga del reactor en la etapa a) del procedimiento se realiza con unos neumáticos o unos trozos de neumáticos a temperatura ambiente, más particularmente con unos neumáticos o unos trozos de neumáticos que no han sufrido ningún tratamiento térmico.
El procedimiento según la invención se realiza preferentemente utilizando un reactor de lecho fluidizado. En lecho fluidizado, las partículas del lecho y la velocidad de la corriente gaseosa oxidante se seleccionan de tal manera que las partículas se mantengan en suspensión en la corriente gaseosa. Se obtiene así un movimiento rápido y desordenado de los granos que tiene por efecto homogeneizar continuamente la masa sólida, lo cual provoca buenos intercambios de calor y de material en el reactor.
Ventajosamente, el lecho fluidizado utilizado según el procedimiento de la invención es un lecho fluidizado burbujeante, un lecho fluidizado circulante, un lecho fluidizado denso o un lecho fluidizado arrastrado.
Según una variante, el lecho fluidizado utilizado según el procedimiento de la invención es un lecho fluidizado burbujeante. En este caso particular, es preferible que el caudal del gas de gasificación permanezca por debajo de la velocidad de arrastre de las partículas para que no sean arrastradas. Durante la gasificación, es posible que una parte de las cenizas y de las partículas finas de carbón sean arrastradas sin embargo y deben ser recogidas en un ciclón por ejemplo. La velocidad del gas de gasificación es preferentemente bastante baja, del orden comprendido entre 0,5 y 2 m/s, y permite poner en suspensión las partículas del material de lecho (arena por ejemplo) y convertirse así en un lecho fluidizado. Esto asegura una agitación que asegura una buena transferencia de calor y de masa.
Más preferentemente, el lecho fluidizado utilizado según el procedimiento de la invención es un lecho fluidizado circulante. Este tipo de reactores funciona sobre el mismo principio que el lecho fluidizado burbujeante, pero la velocidad del gas de gasificación es preferentemente del orden comprendido entre 2 y 5 m/s. Esto puede compensar así el peso de las partículas de combustible, pero puede provocar también la expansión del lecho, y arrastrar las partículas a lo largo del reactor. Se obtiene una masa en continuo movimiento en el interior de este. En el exterior del reactor, las partículas serán separadas del gas de síntesis por un ciclón. A continuación, las partículas o bien se reinyectan en la parte baja del reactor para acabar de ser convertidas en gas de síntesis (lecho fluidizado circulante simple), o bien se decantan para pasar a alimentar un segundo reactor de combustión, produciendo el calor necesario para las reacciones endotérmicas de gasificación (lecho fluidizado circulante doble).
En el caso del lecho fluidizado circulante doble, las reacciones de gasificación y de combustión están separadas. La velocidad del gas de gasificación es preferentemente del orden comprendido entre 0,1 y 0,5 m/s. Esto permite así fluidificar el mínimo y poder llevar el lecho hacia la parte en la que tiene lugar la combustión. Con esta configuración, el gas de síntesis no se diluye ventajosamente con el gas de combustión y contiene por lo tanto muy poco nitrógeno y CO2.
Según una variante del procedimiento según la invención, el lecho fluidizado utilizado según el procedimiento de la invención es una combinación de un lecho fluidizado burbujeante y de un lecho fluidizado circulante.
Según una variante del procedimiento según la invención, la etapa a) se realiza utilizando un reactor de lecho fijo. Puede tratarse de un lecho fijo a cocorriente o de un lecho fijo a contracorriente.
En un lecho fijo a cocorriente, los neumáticos o trozos de neumáticos se introducen preferentemente en la parte alta del reactor y la decantación del gas de síntesis se realiza en la parte baja. Existen asimismo unos lechos fijos a cocorriente con inyección de biomasa en la parte baja del reactor y decantación del gas de síntesis en la parte alta del reactor. El agente oxidante sigue el mismo sentido que el recurso carbonado, y las dos zonas de oxidación y de reducción se encuentran invertidas con respecto a la configuración de contracorriente descrita a continuación. La oxidación tiene lugar en contacto con la fuente de oxígeno; la reducción se realiza en la parte baja del reactor.
En un gasógeno de lecho fijo a contracorriente, el combustible se introduce preferentemente en la parte superior del reactor, siendo el oxidante introducido por abajo en forma de corriente ascendente. El combustible desciende a una velocidad del orden de algunos cm/min, mientras que el gas se desplaza aproximadamente a 1 m/s. El tiempo de estancia del combustible es así del orden de la hora, para un tiempo de estancia del gas de algunos segundos solamente. El gas de síntesis producido se decanta en la parte alta del reactor.
Ventajosamente, un reactor de lecho fijo puede recibir unos neumáticos como carga de alimentación, es decir unos neumáticos enteros tal cual.
Ventajosamente, un reactor de lecho fijo puede recibir unos neumáticos que no han sufrido ningún tratamiento químico o mecánico.
Preferentemente, se introducen los trozos de neumáticos en el reactor de lecho fluidizado y se introducen los neumáticos en el reactor de lecho fijo.
Ventajosamente, se introducen los neumáticos o trozos de neumáticos en el reactor como única materia prima carbonada. Puede estar previsto pretratar los trozos de neumáticos mediante un tratamiento químico o mecánico. Preferentemente, los trozos de neumáticos utilizados según el procedimiento de la invención no se queman ni se carbonizan. Preferentemente, los trozos de neumáticos no se presentan en forma de carbón de neumáticos. Ventajosamente, los componentes metálicos y/o textiles de los neumáticos se retiran previamente para ser aprovechados directamente. El metal puede ser eliminado en las etapas de trituración por extracción mecánica y/o la utilización de campos magnéticos. Tras la eliminación de los componentes metálicos y/o textiles, el cuerpo de neumático restante puede ser tratado para reducirlo a una forma conveniente para el procedimiento según la invención.
Los trozos de neumáticos se seleccionan ventajosamente de entre:
- unos triturados centimétricos de neumáticos, que tienen ventajosamente un tamaño comprendido entre 4 mm y 20 mm;
- unos granulados de neumáticos, que tienen ventajosamente un tamaño comprendido entre 0,8 mm y 4 mm; - unos cauchos de miga de neumáticos, que tienen ventajosamente un tamaño inferior a 0,8 mm; o - sus mezclas.
Los granulados milimétricos están preferentemente casi exentos de partes metálicas (se ha eliminado ~90% del metal).
En la etapa a) del procedimiento según la invención, se añade una fuente de potasio. La cantidad de potasio aportada por la fuente de potasio está comprendida entre el 0,5 y el 100% en masa, con respecto a la masa de neumáticos o trozos de neumáticos. Preferentemente, la cantidad de potasio está comprendida entre el 1 y el 10% en masa, con respecto a la masa de neumáticos o trozos de neumáticos, aún más preferentemente entre el 2 y el 5%.
Se puede añadir el potasio en todas sus formas, líquida, sólida o vaporizada.
La etapa a) del procedimiento según la invención puede comprender la adición suplementaria de una fuente orgánica de potasio, de aluminio, o de metal alcalino o alcalinotérreo seleccionado preferentemente de entre el sodio, o sus mezclas.
La etapa a) del procedimiento según la invención puede comprender la adición de una fuente de potasio seleccionada de entre una fuente orgánica de potasio o una fuente mineral de potasio.
Por fuente orgánica de potasio se entiende por ejemplo materia vegetal en bruto, materia vegetal secada, materia vegetal húmeda (algas por ejemplo), residuos de materias vegetales, que pueden presentarse en forma de desechos, cenizas, compost o sus mezclas.
El material vegetal puede ser alfalfa, el fruto de palmera de aceite, algas o cualquier otra materia vegetal, preferentemente rica en potasio o enriquecida con potasio.
Por fuente mineral de potasio, se entiende en particular el carbonato de potasio, el hidróxido de potasio o sus mezclas. En el caso preferido del carbonato de potasio, preferentemente, la cantidad de carbonato de potasio está comprendida entre el 1 y el 180%, en porcentaje en masa con respecto a la masa de neumáticos o trozos de neumáticos. Preferentemente, la cantidad de potasio está comprendida entre el 2 y el 18%, más preferentemente entre el 3,5 y el 9%, en porcentaje en masa con respecto a la masa de neumáticos o trozos de neumáticos. Se entienden asimismo unos residuos de materias minerales inorgánicas tales como unos lodos, unos minerales o unas cenizas procedentes de la industria siderúrgica o de la del carbón.
La etapa b) del procedimiento según la invención se realiza a una temperatura comprendida entre 800 y 1200°C. Cuando se utiliza un lecho fluidizado en la etapa a), la temperatura está comprendida preferentemente entre 800 y 1000°C, más preferentemente entre 850 y 950°C. Cuando se utiliza un lecho fijo en la etapa a), la temperatura está comprendida preferentemente entre 800 y 1200°C, más preferentemente entre 850 y 1150°C.
La etapa b) del procedimiento según la invención se realiza en presencia de vapor de agua.
Según una variante, se puede inyectar el vapor de agua. En este caso, el procedimiento según la invención comprende la inyección de vapor de agua durante la etapa b). Según otra variante, el vapor de agua es aportado por la fuente de potasio, por ejemplo por la materia vegetal. En este caso, el vapor de agua se genera in situ en el reactor.
Ventajosamente, el vapor de agua permite una gasificación más reactiva y más rápida. Además, el vapor de agua es más sencillo de colocar.
El gas de gasificación se selecciona ventajosamente de entre el aire, el oxígeno, el dióxido de carbono o una combinación de estos gases.
Preferentemente, la etapa b) del procedimiento según la invención comprende una combinación vapor de agua/oxígeno o una combinación vapor de agua/aire/oxígeno.
Preferentemente, la etapa b) del procedimiento según la invención comprende la inyección de una combinación de aire y de vapor de agua.
Otra combinación preferida es la inyección de vapor de agua y de oxígeno.
En la etapa b), cuando hay inyección de vapor de agua, la tasa de inyección está comprendida ventajosamente entre 0,5 y 5 g de vapor de agua/g de neumáticos o trozos de neumáticos, más ventajosamente entre 1 y 3 g de vapor de agua/g de neumáticos o trozos de neumáticos, aún más ventajosamente entre 1,4 y 2 g de vapor de agua/g de neumáticos o trozos de neumáticos.
En particular, en la etapa b) la tasa de inyección del gas de gasificación está comprendida ventajosamente entre 0,5 y 10 g de gas/g de neumáticos o trozos de neumáticos, más ventajosamente entre 1 y 5 g de gas/g de neumáticos o trozos de neumáticos, aún más ventajosamente entre 1,4 y 3,5 g de gas/g de neumáticos o trozos de neumáticos.
En la etapa b) del procedimiento según la invención, el gas de gasificación se inyecta a una velocidad comprendida entre 0,1 m.s.-1 y 5 m.s-1, preferentemente entre 0,5 m.s-1 y 5 m.s-1, aún más preferentemente entre 1 m.s-1 y 5 m.s-1.
La etapa b) del procedimiento según la invención es rápida, y su duración es corta. Ventajosamente, es posible obtener una conversión completa del carbono en por lo menos 10 minutos, preferentemente por lo menos 12 minutos, más preferentemente por lo menos 15 minutos, aún más preferentemente en 10 a 30 minutos.
En la etapa b), la tasa de conversión del carbono en gas de síntesis está comprendida ventajosamente entre el 30 y el 90%, preferentemente entre el 35 y el 88%, más preferentemente entre el 38 y el 85% en porcentaje en masa. Cuando se utiliza un lecho fluidizado en la etapa a), la tasa de conversión del carbono en gas de síntesis en la etapa b) está comprendida ventajosamente entre el 45 y el 90%, preferentemente entre el 50 y el 88%, más preferentemente entre el 55 y el 85%, en porcentaje en masa.
Cuando se utiliza un lecho fijo en la etapa a), la tasa de conversión del carbono en gas de síntesis en la etapa b) está comprendida ventajosamente entre el 30 y el 60%, preferentemente entre el 35 y el 55%, más preferentemente entre el 38 y el 50%, en porcentaje en masa.
Es posible prolongar la duración de la etapa b), en particular por razones industriales.
Se entiende que en una realización del procedimiento en modo continuo, la duración de la etapa b) se debe entender como la duración de la conversión completa del carbono para una masa dada de carga de alimentación. Ventajosamente, el procedimiento según la invención comprende únicamente una sola etapa de gasificación. Ventajosamente, el procedimiento según la invención no comprende ninguna etapa de pirólisis, en particular ninguna etapa de pirólisis de neumáticos o trozos de neumáticos.
Ventajosamente, el procedimiento según la invención no comprende ninguna etapa de transformación de los neumáticos o trozos de neumáticos en carbón.
Ventajosamente, el procedimiento según la invención utiliza un único reactor, en particular un único lecho fluidizado. Preferentemente, en la etapa a) del procedimiento según la invención, los neumáticos o trozos de neumáticos son el único combustible.
La figura 1 presenta las velocidades de reacciones medidas por termogravimetría (ATG) para residuos de neumáticos y madera de haya.
La figura 2 presenta el grado de conversión del carbono contenido en unos neumáticos en gas de síntesis en función del tiempo.
La figura 3 es una representación esquemática de un ejemplo de lecho fluidizado burbujeante. Se ponen los residuos de neumáticos 32 en contacto con el gas de gasificación 33 y eventualmente con el vapor de agua 33 en el reactor 311 para fabricar un gas de síntesis 31.
La figura 4 es una representación esquemática de un ejemplo de lecho fluidizado circulante simple. Se ponen los residuos de neumáticos 42 en contacto con el gas de gasificación 43 y eventualmente con el vapor de agua 43 en el reactor 411 para fabricar un gas de síntesis 41.
La figura 5 es una representación esquemática de un ejemplo de lecho fluidizado circulante doble. Se ponen los residuos de neumáticos 52 en contacto con el gas de gasificación 53 y eventualmente con el vapor de agua 53 en el reactor 511 para fabricar un gas de síntesis 51. El gas de gasificación 53 puede llevar el lecho hacia la cámara de combustión 512 en la que se introducen 54 aire y/u oxígeno, siendo los gases de combustión 55 evacuados más arriba.
La figura 6 es una representación esquemática de un ejemplo de lecho fijo a cocorriente. Se ponen los residuos de neumáticos 62 en contacto con el gas de gasificación 63 y eventualmente con el vapor de agua 63 en el reactor para fabricar un gas de síntesis 61. La zona de reducción es 64.
La figura 7 es una representación esquemática de un ejemplo de lecho fijo a contracorriente. Se ponen los residuos de neumáticos 72 en contacto con el gas de gasificación 73 y eventualmente con el vapor de agua 73 en el reactor para fabricar un gas de síntesis 71.
La figura 8 es un esquema del dispositivo experimental utilizado para los análisis termogravimétricos descritos en los ejemplos. Se introduce un gas de vector 81 en el generador de vapor 82. Se introduce un gas de protección 84 en el reactor 83. Se introduce un gas principal 86 en la balanza electrónica 85. El dispositivo está provisto de una salida de los gases 87. Se introduce agua de la red 89 en un criogenerador 88.
Los ejemplos siguientes se proporcionan a título informativo y no tienen ningún carácter limitativo.
Ejemplos
Preparaciones de los trozos de neumáticos
Se prepararon los trozos de neumáticos según un procedimiento en caliente que utiliza un triturador y un procedimiento de la compañía KAHL. Tras la clasificación de los neumáticos, fueron despedazados en una trituración primaria con el fin de obtener unos trozos cuyo tamaño era del orden comprendido entre 50 y 200 mm, que contienen aún casi la totalidad de sus refuerzos. La trituración se efectuó a un caudal de 10 toneladas/hora. Después, estos "pedazos" se dirigieron hacia las etapas de trituración y granulación. Se molieron estos trozos en una trituración secundaria con la ayuda de una prensa de hilera plana de la compañía KAHL para obtener unos granulados de 0,8 a 4 mm de tamaño. La trituración se realizó mediante varios trituradores colocados en serie, separados por unas mesas vibrantes perforadas con diferentes diámetros. Las fibras textiles, más ligeras, fueron evacuadas por un flujo de aire ascendente.
El tamaño de los triturados, granulados y cauchos de miga se midió por tamizado más o menos fino.
Análisis termogravimétrico
El análisis termogravimétrico (ATG) o termogravimetría tiene por objetivo la caracterización de los materiales por medición directa de su masa en función de la temperatura y/o del tiempo.
Todos los ensayos de gasificación se realizaron en una termobalanza “Setsys” de SETARAM, acoplada a un generador de gas húmedo “Wetsys”. En la figura 8 se proporciona un esquema del dispositivo experimental. En todos los ensayos, la muestra colocada en su góndola en el horno se calentó bajo barrido de gas neutro hasta la temperatura deseada, a una velocidad moderada (25°C/min). La gasificación se realizó a continuación por barrido de gas húmedo a una temperatura fijada. Todos los ensayos presentados se realizaron con una mezcla de nitrógeno (80% vol) y de vapor de agua (20% vol). La masa de la muestra se midió continuamente.
Los trozos de neumáticos obtenidos anteriormente se analizaron por ATG. Se trataba de granulados de entre 0,8 y 4 mm de tamaño.
Los resultados se presentan en la figura 1 que muestra las velocidades de reacción medidas por termogravimetría (ATG) para residuos de neumáticos y madera de haya. La velocidad de reacción de los neumáticos es muy lenta a las temperaturas comprendidas entre 800°C y 1000°C, es decir a las temperaturas de funcionamiento de los lechos fluidizados (y de los lechos fijos), comparada con la madera de haya. La conversión del carbono era inferior al 50%. Estos resultados demuestran que incluso a 950°C, la gasificación, en particular la gasificación bajo vapor de agua, de los neumáticos usados no es completa.
Después se añadieron diferentes cantidades de carbonato de potasio al 1, 5, 10 y 100% de carbonato de potasio con respecto a la masa de trozos de neumáticos. Los resultados se presentan en la figura 2 que muestra los resultados en ATG de la gasificación de neumáticos con adición de K2CO3. A partir del 5% en masa de K2CO3, los tiempos de gasificación resultan suficientemente cortos para ser compatibles con un procedimiento industrial:
- sin K2CO3, el tiempo de la gasificación total es de aproximadamente 3 h,
- con el 1% en masa de K2CO3, este tiempo se reduce a aproximadamente 1 h,
- a partir del 5% en masa, este tiempo resulta inferior a 10 min.
Procedimiento de fabricación de un gas de síntesis en lecho fluidizado
Se ha utilizado un Lecho Fluidizado a Alta Temperatura (LFHT) experimental que permite gasificar los neumáticos o trozos de neumáticos con un caudal de alimentación de algunas décimas de kg.h-1 a algunos kg.h-1 en presencia de gas oxidante a una temperatura máxima de 1000°C y bajo una presión máxima de 15 bar. El reactor está equipado con 11 zonas de calentamiento independiente, 2 de las cuales están situadas en el extremo del tornillo de alimentación del sólido que debe gasificarse. Aguas arriba del reactor, una caldera permite producir vapor de agua sobrecalentado que es inyectado en la parte baja del reactor, mezclado eventualmente con un gas seco (CO2 o aire para los ensayos "autotérmicos" en los que se quema una parte del material carbonado para alcanzar la temperatura de gasificación).
Los neumáticos o trozos de neumáticos, almacenados en una tolva, son a aportados a través de un sistema de alimentación por tornillo sin fin. El caudal está regulado por la velocidad de rotación del tornillo de dosificación. Se inyecta argón con un caudal constante durante los ensayos para evitar una subida del gas de síntesis hacia la tolva.
En la zona de reacción, un material de fluidización a través del cual circula la mezcla de gases de gasificación precalentada se convierte, más allá de un cierto caudal, en un lecho fluidizado burbujeante en el que el recurso carbonado sufre una gasificación. Gracias a la temperatura superior a 800°C, la carga carbonada se transforma en gases permanentes mayoritarios (H2, CO, CO2, CH4, H2O), y en especies gaseosas minoritarias: alquitranes (>C6), hidrocarburos de C2-C3 y especies gaseosas inorgánicas.
Los elementos inorgánicos presentes en el material inicial permanecen en forma sólida en el reactor en forma de cenizas, o son liberados en forma gaseosa.
En la parte alta del gasificador, unos cebadores de poro metálico filtran en caliente las partículas del gas de síntesis antes de que sea evacuado del gasificador.
A la salida, el reactor está equipado con 3 líneas de evacuación de los gases:
- una línea principal por la que circula habitualmente el gas de síntesis en los ensayos de gasificación con, en una primera parte 3, tres trampas en serie enfriadas a 15, 0 y -10°C aproximadamente para capturar el agua, los inorgánicos condensables y una parte de los alquitranes pesados. Antes de ser enviados hacia el exterior, los gases secos son analizados por un microcromatógrafo. Las especies cuantificables son: N2, Ar, H2, CO, CO2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H8, C6H6, C7H8, xilenos, H2S, COS y H2O residual;
- una línea derivada en caso de taponado de la línea principal, por la que puede circular el gas de síntesis pasando por una trampa fría antes de unirse a la línea principal antes del caudalímetro másico Coriolis.
Una línea de extracción de muestras permite que una parte del gas de síntesis burbujee en unos solventes, con el fin de atrapar o bien los alquitranes en isopropanol o bien unos inorgánicos (HCN, NH3) en agua o una solución ácida o básica.
Se utilizó el lecho fluidizado experimental descrito anteriormente. El reactor se precalentó a 800°C. Después se cargó el reactor de lecho fluidizado con varios kg de trozos de neumáticos de tamaño inferior a 4 mm. La etapa b) del procedimiento según la invención se desarrolló a 900°C y 10 bar. El gas de gasificación era aire asociado con vapor de agua. Se introdujo una fuente de potasio en forma de carbonato de potasio. El porcentaje de conversión del carbono (C del neumático hacia CO y CO2) era del orden del 80%.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de fabricación de un gas de síntesis que comprende las etapas siguientes:
a) cargar un reactor de lecho fluidizado o de lecho fijo con una fuente de potasio y unos neumáticos o unos trozos de neumáticos, estando la cantidad de potasio aportada por la fuente de potasio comprendida entre el 0,5 y el 100% en masa con respecto a la masa de neumáticos o de trozos de neumáticos;
b) inyectar en el reactor de la etapa a), un gas de gasificación a una velocidad comprendida entre 0,1 m.s-1 y 5 m.s-1, estando la temperatura en el seno de dicho reactor comprendida entre 800 y 1200°C, siendo la etapa b) realizada en presencia de vapor de agua;
c) recuperar el gas de síntesis.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que los trozos de neumáticos se seleccionan de entre:
- unos triturados centimétricos de neumáticos, que tienen ventajosamente un tamaño comprendido entre 4 mm y 20 mm;
- unos granulados de neumáticos, que tienen ventajosamente un tamaño comprendido entre 0,8 mm y 4 mm; - unos cauchos de miga de neumáticos, que tienen ventajosamente un tamaño inferior a 0,8 mm; o - sus mezclas.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cantidad de potasio aportada por la fuente de potasio está comprendida entre el 1 y el 10% en masa, preferentemente entre el 2 y el 5% en masa, con respecto a la masa de neumáticos o trozos de neumáticos.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fuente de potasio se selecciona de entre una fuente orgánica de potasio o una fuente mineral de potasio.
5. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que la fuente de potasio es una fuente mineral de potasio seleccionada de entre el carbonato de potasio, el hidróxido de potasio o sus mezclas.
6. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que la cantidad de carbonato de potasio está comprendida entre el 1 y el 180%, preferentemente entre el 2 y el 18%, más preferentemente entre el 3,5 y el 9%, en porcentaje en masa con respecto a la masa de neumáticos o trozos de neumáticos.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas de gasificación se selecciona de entre el aire, el oxígeno, el dióxido de carbono o una combinación de estos gases.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la etapa b), la tasa de inyección del gas de gasificación está comprendida entre 0,5 y 10 g de gas/g de neumáticos o trozos de neumáticos.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa a) comprende la adición suplementaria de una fuente orgánica de potasio, de aluminio o de metal alcalino o alcalinotérreo seleccionado preferentemente de entre el sodio, o sus mezclas.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que no comprende ninguna etapa de pirólisis.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el lecho fluidizado es un lecho fluidizado burbujeante.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la conversión completa del carbono tiene lugar en 10 a 30 minutos.
13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la etapa a), los neumáticos o trozos de neumáticos son el único combustible.
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