ES2955828T3 - Aparato y método para desmantelar térmicamente neumáticos y otros productos de desecho - Google Patents

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Abstract

Un aparato y proceso para desfabricar térmicamente neumáticos y otros materiales. El aparato es una cámara de retorta con varias zonas en las que se queman neumáticos para proporcionar energía para la reacción de despolimerización térmica, se lleva a cabo la despolimerización y los productos salen de la cámara de retorta. En una realización, el proceso hace reaccionar el agua con el hierro presente en neumáticos con cinturones de acero para producir hidrógeno, lo que ayuda a romper los enlaces azufre-azufre en materiales vulcanizados. El agua también ayuda a controlar la temperatura de la reacción, lo que permite controlar los tipos y cantidades relativas de los diversos productos de despolimerización. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método para desmantelar térmicamente neumáticos y otros productos de desecho
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un aparato y método para desmantelar térmicamente productos posconsumo y/o de caucho posindustriales y/o de plástico, tales como neumáticos.
Antecedentes de la invención
Existe un gran interés en el reciclaje de materiales de desecho, en lugar de almacenarlos en vertederos. Esto es particularmente cierto con respecto a los neumáticos usados, un producto de desecho posconsumo y los materiales de desecho resultantes de la fabricación de neumáticos, un producto de desecho posindustrial. La combustión de estos materiales puede producir gases nocivos, ya que incluyen enlaces cruzados de azufre (un proceso conocido como vulcanización), que forman ácido sulfhídrico durante la combustión.
Existe una variedad de procesos para despolimerizar el caucho de neumáticos usados, incluidos los divulgados en el documento US 2015/144476 A1,
EP 0694600 y la patente de EE. UU. número 7.628.892. El documento EP 0694600 divulga un proceso y una planta donde se despolimerizan neumáticos usados a una presión relativamente baja y a una temperatura de entre 100 y 135 °C, para formar productos gaseosos y líquidos, que se queman posteriormente. La temperatura se mantiene introduciendo agua y aire en el dispositivo.
La patente de EE. UU. número 7.628.892 divulga una planta que incluye un dispositivo despolimerizador, con un cuerpo sustancialmente cilíndrico, con una base superior y una base inferior. La despolimerización térmica de los neumáticos se produce dentro del dispositivo y una mezcla de productos sale del dispositivo y a continuación entra en un separador de fases, para separar productos líquidos de productos gaseosos. El separador de fases está conectado a una unidad de aspiración, que permite que el dispositivo despolimerizador funcione a presiones de hasta 10 mBar inferiores a la presión atmosférica. El proceso supuestamente produce un producto combustible carbonoso y un producto gaseoso que se quema.
La patente '892 también divulga la adición de óxido de calcio a neumáticos, de modo que, como el caucho de los neumáticos se despolimeriza en presencia de vapor, el óxido de calcio se convierte en hidróxido de calcio, que reacciona a continuación con el azufre y forma una sal que se mezcla a continuación con el acero y el carbono recuperado del proceso de despolimerización.
Sería ventajoso proporcionar dispositivos y procesos mejorados para desmantelar térmicamente neumáticos y otros flujos de desechos, que en algunas realizaciones no requieren que sales de calcio añadidas reaccionen con el azufre usado en los procesos de vulcanización del caucho y que permiten que se produzca la desulfuración, si así se desea, fuera de la cámara de retorta.
Sumario de la invención
En una realización, la invención se refiere a un aparato para desmantelar térmicamente neumáticos usados, material de desecho de la fabricación de neumáticos y otros desechos posconsumo y posindustriales, tal como se define de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas a la presente.
El término "desmantelamiento térmico" se refiere a la despolimerización térmica de materiales poliméricos y también al desmantelamiento de componentes no poliméricos. A modo de ejemplo, cuando un neumático se desmantela térmicamente, es posible aislar materiales orgánicos producidos como resultado del proceso de despolimerización y también materiales inorgánicos, tal como el acero de las correas de acero y el azufre usado en el proceso de vulcanización, donde el azufre se puede aislar en forma de compuestos que contienen azufre. Cuando se usan cargas inorgánicas en artículos de fabricación poliméricos cargados, las cargas se pueden aislar por separado de los artículos de fabricación térmicamente despolimerizados.
El aparato de desmantelamiento comprende una cámara de retorta (en el presente documento denominada retorta) que, preferentemente, está orientada fuera del plano horizontal (por ejemplo, en la dirección vertical). La cámara de retorta puede tener cualquier forma deseada, por ejemplo, una forma cilíndrica o cónica, con un diámetro de entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 7,3 m (aproximadamente 1,5 y aproximadamente 24 pies), más usualmente de entre aproximadamente 1,2 y 2,4 m (aproximadamente 4 y aproximadamente 8 pies). La altura de la cámara de retorta normalmente es de entre aproximadamente 1,5 y 9,1 m (aproximadamente 5 y 30 pies). Las paredes laterales de la cámara de retorta pueden estar aisladas para ayudar a mantener la temperatura de funcionamiento.
Además, como se analizará en mayor detalle a continuación, la combustión o combustión parcial de materiales en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta puede proporcionar ventajosamente energía térmica para llevar a cabo la despolimerización térmica en una posición más alta en la cámara de retorta. Cuando la retorta es sustancialmente vertical, permite que el material fluya hacia abajo a medida que tiene lugar la combustión o la combustión parcial.
El interior de la cámara de retorta incluye cuatro zonas de temperatura diferentes, cuyas ubicaciones pueden variar dependiendo de una variedad de factores, tales como el contenido en oxígeno y agua en la cámara de retorta, la temperatura y presión de reacción y el tipo de material a desmantelar.
Brevemente, requiere una cantidad significativa de energía térmica para iniciar la despolimerización térmica de materiales poliméricos, tales como neumáticos. La energía térmica se proporciona mediante la combustión parcial de neumáticos u otros materiales poliméricos en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta. La combustión parcial requiere al menos algo de oxígeno, aunque la cantidad de oxígeno añadida se mantiene intencionalmente por debajo de una cantidad estequiométrica necesaria para quemar completamente los neumáticos. El calor aumenta y el calor producido al quemar parcialmente una parte del material en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta sube por la cámara de retorta y proporciona la energía necesaria para despolimerizar los neumáticos y/u otros materiales poliméricos presentes sobre la parte de la cámara de retorta donde se produce calor. Cuando se agrega agua, se puede usar para controlar la cantidad de calor y el agua también puede reaccionar en presencia de altas temperaturas y, en algunas realizaciones, acero de los neumáticos, para formar oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno puede ayudar a desvulcanizar el caucho de los neumáticos, formando ácido sulfhídrico u otros compuestos de azufre, y puede hidrogenar compuestos olefínicos. Se pueden agregar catalizadores, si se desea, para reducir la energía de activación requerida para aquellas reacciones adicionales en las que pueden participar compuestos olefínicos producidos en el proceso de despolimerización.
La composición de los materiales que se despolimerizan, la temperatura, presión y velocidad del flujo en la zona de la cámara de retorta en la que se forman estos productos olefínicos, y la presencia o ausencia de catalizadores, hidrógeno y/o agua, pueden afectar las mezclas de productos formadas a medida que los materiales se despolimerizan y los productos iniciales participan en las etapas del proceso.
En una zona de despolimerización superpuesta a la primera zona, que está en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta, el material se calienta a una temperatura de entre aproximadamente 150 y aproximadamente 550 °C, más usualmente de entre aproximadamente 150 y aproximadamente 400 °C o aproximadamente 250 y aproximadamente 550 °C, y se quema o se quema parcialmente. Opcionalmente se puede proporcionar agua, un catalizador y/u oxígeno. Cuando se proporciona oxígeno, se puede proporcionar, por ejemplo, en forma pura o como aire, a través de una válvula en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta. Se proporciona calor introduciendo un quemador a través de una abertura en la pared de la cámara de retorta, en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta. El calor producido por la combustión/combustión parcial del material se usa a continuación para alcanzar una temperatura de despolimerización deseada.
La parte inferior de la cámara de retorta incluye una serie de registros, donde se introduce oxígeno y, opcionalmente, agua y/o un catalizador en un extremo de la serie de registros, y se introduce una llama de un quemador en el otro extremo de la serie de registros. El quemador se coloca sobre un carro, lo que facilita su movimiento a través de la retorta. Los registros están espaciados para proporcionar una presión sustancialmente igual a lo largo de toda la parte inferior de la retorta. Por "sustancialmente igual" se entiende que la presión a lo largo de la parte inferior de la cámara de retorta no varía más del 20 %.
En funcionamiento, la reacción se mueve hacia el centro, lo que proporciona una velocidad de combustión relativamente constante a los materiales que se queman, en contraste con simplemente introducir el quemador en un extremo del registro.
Se proporcionan varios puertos para permitir la entrada de uno o más de oxígeno (por ejemplo, en forma pura o como aire), agua y/o catalizadores, y la salida de productos, y para medir y gestionar la velocidad de flujo, temperatura y presión.
Se usan varios puertos de entrada y salida para crear múltiples zonas para el refinamiento de sólido, líquido y vapor creando múltiples productos.
En algunas realizaciones, el azufre usado para vulcanizar el caucho de los neumáticos se elimina dentro de la cámara de retorta, tal como por reacción con un compuesto que forma una sal de sulfuro y, en otras realizaciones, el azufre está presente en el flujo del producto, donde se elimina opcionalmente, aunque preferentemente, antes de aislar los productos. En una realización, una unidad de desulfuración está conectada al puerto, de modo que los productos se puedan someter a condiciones de desulfuración.
En una realización, se usa un separador ciclónico para eliminar las partículas presentes en el vapor. Si se usa una unidad de desulfuración, el separador ciclónico se puede unir antes o después de la unidad de desulfuración, aunque está preferentemente unido antes de la unidad de desulfuración para minimizar la contaminación por partículas de la unidad de desulfuración.
Mientras los productos que salen de la retorta están en fase gaseosa, a temperatura ambiente, algunos productos son líquidos y otros son gaseosos. El aparato incluye además una unidad de separación de productos, que incluye una o más torres de enfriamiento, torres de destilación, refrigeradores, cortinas de líquido a través de las cuales pueden pasar flujos gaseosos y similares, para enfriar el gas y separar la mezcla de productos en uno o más productos líquidos y uno o más productos gaseosos.
La despolimerización térmica normalmente se lleva a cabo al vacío, por ejemplo, a presiones que oscilan entre aproximadamente -0,8 y aproximadamente -200 milibares, más usualmente entre aproximadamente 0,8 y aproximadamente -50 milibares. Para conseguir este vacío, una bomba de vacío o unidad de aspiración se une en el extremo de la unidad de separación de productos o cerca de este. En una realización, la presión se puede aumentar hasta aproximadamente 8 milibares, particularmente porque productos gaseosos evolucionan durante el proceso de despolimerización. Estas presiones se pueden alcanzar, incluso cuando se hace un vacío, mediante la desgasificación de diversos productos. El control de la liberación de estos productos de la retorta puede ayudar a controlar la presión.
Los productos gaseosos se pueden aislar o, si se desea, quemar. Si van a ser quemados, el aparato puede incluir un quemador o generador después de la bomba de vacío o unidad de aspiración. El quemador se puede usar para generar calor a medida que se quema el gas y el generador se puede usar para generar electricidad a medida que se quema el gas.
La parte superior de la retorta se puede abrir para cargar neumáticos y/u otros materiales a desmantelar térmicamente en la retorta. Esto se puede lograr uniendo la parte superior al resto de la retorta usando una campana en forma de concha, una bisagra, una parte superior de rosca, una serie de bridas y similares.
Puede ser deseable, entre lotes, enfriar la retorta. Aunque, en funcionamiento, normalmente se añade agua a la retorta desde una válvula en la parte inferior de la retorta o cerca de esta, durante las operaciones de enfriamiento, también puede haber, o se puede añadir como alternativa, agua desde una válvula en la parte superior de la retorta o cerca de esta. Esto puede acelerar significativamente el proceso de enfriamiento, lo que permite que el siguiente lote se procese más rápido que si no se añade agua desde la parte superior de la cámara de retorta. Sin desear quedar ligado a una teoría en particular, se cree que cuando los neumáticos se despolimerizan térmicamente, el hierro presente en las correas de acero reacciona con el monóxido de carbono formado como resultado de una combustión incompleta (es decir, usando menos oxígeno que el estequiométrico) y el agua que se introduce para formar hidrógeno, de manera análoga al proceso de "planchado a vapor". El hidrógeno así formado puede romper los enlaces azufre-azufre y carbono-azufre presentes en el caucho vulcanizado usado en los neumáticos y formar productos de ácido sulfhídrico y otros productos que contienen azufre (incluyendo, aunque no de forma limitativa, COS).
Entre lotes, es deseable eliminar el material sobrante de la retorta. En el caso de los neumáticos, el material sobrante puede incluir negro de carbón y acero de las correas de acero de los neumáticos. Hay varias formas de eliminar el material sobrante de la retorta. Una forma a modo de ejemplo es proporcionar una bisagra en la parte inferior de la retorta y desarticular la parte inferior después de que el material se haya despolimerizado térmicamente, eliminando de este modo el material de la retorta. Otra forma es proporcionar una bisagra con un eje horizontal alrededor del centro de la retorta y un motor para hacer girar la retorta. Después de eliminar la parte superior, la retorta se puede girar alrededor del eje horizontal de la bisagra. Los materiales recopilados en la parte inferior de la retorta caen a continuación fuera de la parte superior de la retorta. A continuación, la retorta se puede girar de nuevo a la posición vertical y las tuberías, válvulas u otras conexiones que se desconectaron para hacer girar la retorta se pueden volver a conectar.
En uso, la retorta se abre y se introducen en la retorta neumáticos y/u otros materiales a desmantelar térmicamente. La tapa se cierra y los gases y otros volátiles se purgan del sistema de forma segura. Por ejemplo, el gas nitrógeno o dióxido de carbono puede fluir hacia la retorta y salir de la retorta junto con gases y otros volátiles. Estos compuestos se pueden capturar bajo presión, liberar a la atmósfera o hacer estallar. A continuación se puede aplicar una presión baja. El sistema está completamente sellado y no se permite que escapen vapores nocivos o con olores.
Los neumáticos, u otro material a despolimerizar térmicamente, que están en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta se calientan a continuación. Esto implica introducir el quemador en la parte inferior de la cámara de retorta y purgar oxígeno, agua y/o un catalizador a través de una válvula para crear una reacción con el material.
Se controla la temperatura en la retorta. A medida que las temperaturas alcanzan sus intervalos apropiados, los productos gaseosos evolucionan desde el puerto o puertos. A partir de ahí, los productos gaseosos se pueden someter a un ciclón para eliminar partículas, una etapa de desulfuración para eliminar el ácido sulfhídrico y otros productos que contienen azufre y/o un proceso de enfriamiento para permitir que los productos que son líquidos a temperatura ambiente se separen de los que son gaseosos a temperatura ambiente. Los productos gaseosos se pueden recoger y almacenar, quemar o usar para generar electricidad.
A medida que avanza la reacción, se consumen los neumáticos y/u otros materiales en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta y, usando la gravedad, los materiales desde arriba de los materiales consumidos descienden a continuación por la cámara de retorta hasta que se despolimerizan.
Una vez completada la reacción, que se puede considerar, por ejemplo, por los cambios de temperatura en las distintas zonas, la reacción se puede extinguir, por ejemplo, introduciendo agua a través de una válvula en la parte superior de la cámara de retorta o cerca de esta.
Cuando la cámara de retorta se haya enfriado lo suficiente, el agua se puede drenar. De manera ideal, la cámara de retorta se sella durante las operaciones, para mantener el vacío y cumplir con las normas de seguridad. Una vez completado cada lote, el sello se puede romper, el agua se puede drenar de la cámara de retorta y los materiales sólidos se pueden eliminar de la cámara de retorta.
En una realización, esto implica abrir una bisagra en la parte inferior de la cámara de retorta para liberar los materiales. En otra realización, esto implica retirar la parte superior, desacoplar el puerto de salida y girar la retorta alrededor de una bisagra con un eje horizontal ubicado en el centro de la retorta o cerca de este. A continuación, los materiales caen desde la parte superior de la cámara de retorta y la cámara de retorta se puede mover de nuevo a su posición vertical original.
Los productos obtenidos del desmantelamiento térmico de neumáticos tienden a incluir negro de carbón, compuestos de azufre, acero (de correas de acero), un líquido, en gran parte olefínico, una fracción con propiedades similares al diésel número 2, gas metano, una fracción C2-4 y uno o más gases adicionales, tal como dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre e hidrógeno. Una o más de las olefinas en la fracción olefínica pueden reaccionar adicionalmente, por ejemplo, al sufrir reacciones de Diels-Alder con dienos, tal como butadieno (formado, por ejemplo, a partir de la despolimerización del caucho de nitrilo-butadieno), para formar compuestos cicloalifáticos, dimerización/trimerización/oligomerización de olefinas (con las mismas olefinas o con dos o más olefinas diferentes) para formar olefinas más grandes, hidrogenación para formar compuestos alifáticos y reacciones de aromatización. Eliminar los productos sólidos de la cámara de retorta mientras aún están húmedos puede facilitar el aislamiento del negro de carbón.
Además de, o en lugar de, neumáticos, otros materiales que se pueden desmantelar incluyen lodo de Banbury, desechos médicos, desechos a base de madera, desechos a base de aceite, materia vegetal, desechos animales, desechos humanos, desechos de pescado, desechos informáticos, placas de circuito impreso, "pelusa" de la demolición de coches y extensor de asfalto.
Los productos resultantes del desmantelamiento térmico de estos materiales serán diferentes de los obtenidos de los neumáticos y las temperaturas de funcionamiento también podrán variar, dependiendo de las temperaturas apropiadas a las que los polímeros se someten a despolimerización térmica.
La presente invención se entenderá mejor con referencia a la siguiente descripción detallada.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un gráfico que muestra la composición de un aceite preparado mediante el proceso de despolimerización térmica descrito en el presente documento.
La figura 2 es una ilustración esquemática de una realización de la cámara de retorta descrita en el presente documento.
La figura 3 es una ilustración esquemática de otra realización de la cámara de retorta descrita en el presente documento.
La figura 4 es una vista en corte de la cámara de retorta descrita en el presente documento.
La figura 5 es una ilustración esquemática de una realización de un aparato para recoger productos cuando salen de la cámara de retorta.
Descripción detallada
En una realización, la invención se refiere a un aparato para desmantelar térmicamente neumáticos usados, material de desecho de la fabricación de neumáticos y otros residuos posconsumo y posindustriales.
Definiciones
Como se usa en el presente documento, el término "cámara de retorta" se refiere a un recipiente hermético en el que se calientan sustancias para una reacción química, produciendo productos gaseosos que se pueden recoger en un recipiente de recogida o usar para su posterior procesamiento.
El término "desmantelamiento térmico", tal como se usa en el presente documento, se refiere a la despolimerización térmica de materiales poliméricos y también al desmantelamiento de componentes no poliméricos. A modo de ejemplo, cuando un neumático se desmantela térmicamente, es posible aislar materiales orgánicos producidos como resultado del proceso de despolimerización y también materiales inorgánicos, tal como el acero de las correas de acero y el azufre usado en el proceso de vulcanización, donde el azufre se puede aislar en forma de compuestos que contienen azufre. Cuando se usan cargas inorgánicas en artículos de fabricación poliméricos cargados, las cargas se pueden aislar por separado de los artículos de fabricación térmicamente despolimerizados.
I. La cámara de retorta
El aparato comprende una cámara de retorta (también denominada en el presente documento retorta) que, preferentemente, está orientada en la dirección vertical (o no horizontal, fuera del plano horizontal).
Forma de la cámara de retorta
La cámara de retorta puede tener cualquier forma deseada, por ejemplo, una forma cilíndrica o cónica.
Como se analizará en mayor detalle a continuación, la combustión o combustión parcial de materiales en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta proporciona la energía térmica para llevar a cabo la despolimerización térmica en una posición más alta en la cámara de retorta. Cuando la retorta es sustancialmente vertical, permite que el material fluya hacia abajo a medida que tiene lugar la combustión o la combustión parcial.
Diámetro de la cámara de retorta
El diámetro de la cámara de retorta es importante para llevar a cabo la química descrita en el presente documento. El diámetro normalmente es de entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 7,3 m (aproximadamente 1,5 y aproximadamente 24 pies), más usualmente de entre aproximadamente 1,2 y 2,4 m (aproximadamente 4 y aproximadamente 8 pies). La altura de la cámara de retorta normalmente es de entre aproximadamente 1,5 y 9,1 m (aproximadamente 5 y 30 pies). Las paredes laterales de la cámara de retorta están opcionalmente aisladas para ayudar a mantener la temperatura de funcionamiento.
Sin desear quedar vinculado a una teoría en particular, se cree que cuando el diámetro está dentro de los intervalos proporcionados anteriormente, el calor de la combustión de neumáticos y/u otros materiales puede fluir a través de la cámara de retorta y calentar otros neumáticos/otros materiales, de modo que tengan suficiente energía térmica para someterse a una despolimerización térmica.
Zonas de temperatura dentro de la cámara de retorta
El interior de la cámara de retorta incluye cuatro zonas de temperatura diferentes, cuyas ubicaciones pueden variar dependiendo de una variedad de factores, tales como el contenido en oxígeno y agua en la cámara de retorta, la temperatura y presión de reacción y el tipo de material a desmantelar.
En la primera zona, que está en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta, el material se calienta a una temperatura de entre aproximadamente 900 °C y aproximadamente 1300 °C y se quema o se quema parcialmente. Uno o más de oxígeno, agua y/o un catalizador se puede proporcionar opcionalmente a través de una válvula en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta. Se puede proporcionar oxígeno, por ejemplo, en forma pura o como aire.
Una zona de despolimerización se superpone a la primera zona y la química se produce a una temperatura de entre aproximadamente 150 y aproximadamente 550 °C, por ejemplo, de entre aproximadamente 150 y 400 °C o de entre aproximadamente 250 y aproximadamente 550 °C.
Los productos salen de la cámara de retorta en una zona más alta que la zona de despolimerización y la temperatura a la que los productos salen de la cámara de retorta normalmente es de entre aproximadamente 100 y 280 °C. Aunque es posible controlar la temperatura dentro de la zona de despolimerización real, puede ser operativamente más fácil controlar el progreso de la reacción controlando la temperatura de la mezcla de productos cuando sale de la cámara de retorta a través de uno o más puertos de salida.
Cerca de la parte superior del reactor, lejos del intenso calor proporcionado en la parte inferior del reactor, la temperatura normalmente está en el intervalo de aproximadamente 60 a aproximadamente 160 °C.
La parte inferior de la cámara de retorta
Se proporciona calor a la primera zona, introduciendo un quemador a través de una abertura en la pared de la cámara de retorta, en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta. El calor producido por la combustión/combustión parcial del material se usa a continuación para alcanzar una temperatura de despolimerización deseada.
La parte inferior de la cámara de retorta incluye una serie de registros, donde se introduce oxígeno, aire, agua y/o un catalizador en un extremo de la serie de registros, y se introduce una llama de un quemador en el otro extremo de la serie de registros. El quemador se coloca sobre un carro, lo que facilita su movimiento a través de la retorta. Los registros están espaciados para proporcionar una presión sustancialmente igual a lo largo de toda la parte inferior de la retorta. Por "sustancialmente igual" se entiende que la presión a lo largo de la parte inferior de la cámara de retorta no varía más del 20 %.
En funcionamiento, a medida que el quemador se mueve a lo largo del carro hacia el centro de la parte inferior de la cámara de retorta, la reacción química, en concreto, el quemado de los neumáticos y/u otros materiales, se mueve hacia el centro. Esto proporciona una velocidad de combustión relativamente constante a los materiales que se queman, en contraste con simplemente introducir el quemador en un extremo del registro.
Puertos de entrada/salida
Se proporcionan varios puertos para permitir la entrada de uno o más de oxígeno, el aire, agua y/o catalizadores, y la salida de productos, y para medir y gestionar la velocidad de flujo, temperatura y presión.
Se usan varios puertos de entrada y salida para crear múltiples zonas para el refinamiento de sólido, líquido y vapor creando múltiples productos.
Los puertos de entrada se pueden ubicar en la parte inferior de la retorta o cerca de esta, de modo que se pueda proporcionar oxígeno/aire y agua/vapor. También se puede proporcionar agua a través de un puerto de entrada en la parte superior de la retorta o cerca de esta.
Se une una válvula a cada puerto de entrada para controlar la cantidad de material que se introduce a la retorta. Uno o más puertos de salida están ubicados por encima de la zona de despolimerización, de modo que los productos gaseosos puedan salir de la retorta y ser recogidos a continuación.
Unidad de desulfuración
En una realización, una unidad de desulfuración está conectada al puerto, de modo que los productos se puedan someter a condiciones de desulfuración.
La desulfuración es un proceso químico para eliminar el azufre de un material, tal como el flujo de producto del proceso de despolimerización térmica descrito en el presente documento.
Cuando se forma el flujo de producto y sale de la cámara de retorta, está en fase gaseosa. Cuando se enfría, se pueden aislar por separado uno o más productos que son líquidos a temperatura ambiente y presión atmosférica y uno o más productos que son gases a temperatura ambiente y presión atmosférica.
En algunas realizaciones, el azufre se elimina de los productos líquidos aislados del flujo de producto gaseoso. En otras realizaciones, el azufre se elimina de los productos gaseosos aislados del flujo de producto gaseoso o del flujo de producto gaseoso.
Puede ser más fácil eliminar el azufre del flujo de producto gaseoso que de flujos de líquido y gas independientes y, por esta razón, puede ser ventajoso incluir la unidad de desulfuración en un punto en el que los productos gaseosos salen por primera vez de la cámara de retorta, es decir, antes de que hayan sido enfriados y separados.
Los expertos en la técnica conocen las condiciones de desulfuración para eliminar azufre de un flujo de gas.
Se describen condiciones representativas, por ejemplo, en la patente de EE. UU. número 7.687.047. En esa patente, los gases que contienen azufre que contienen H2S y COS se ponen en contacto con un sorbente que comprende una solución sólida sustituta caracterizada por la fórmula MnZZn(%Z)AhO4. Otros lechos absorbentes incluyen alúmina y/u óxido de zinc.
Cuando el objetivo es la eliminación simultánea de COS, SO2y H2S, un proceso de desulfuración normalmente implica poner en contacto el flujo de gas, que incluye uno o más de estos compuestos de azufre con un sorbente en una zona de sorción para producir un flujo de producto gaseoso y un sorbente cargado de azufre. Estos sorbentes normalmente incluyen zinc (Zn) y también pueden incluir un metal promotor, tal como manganeso, así como un soporte, tal como alúmina. El sorbente, una vez saturado con azufre, se puede regenerar poniendo en contacto al menos una parte del sorbente cargado de azufre con un flujo de gas de regeneración, en una zona de regeneración, para producir un sorbente regenerado y un flujo de gas de emisión. A continuación, al menos una parte del sorbente regenerado se puede devolver a la zona de sorción. Cuando la regeneración del sorbente produce SO2, el gas puede estar contenido en un tanque de almacenamiento apropiado o reducido para formar azufre elemental.
Además de o en lugar de eliminar el azufre, en una realización, se usa una unidad de deshalogenación para eliminar el cloro u otros halógenos del flujo de gas. La deshalogenación reductora usando métodos catalíticos y electrolíticos heterogéneos puede deshalogenar los contaminantes clorados en fase gaseosa y al mismo tiempo evitar la generación de contaminantes en trazas como las dioxinas debido a la ausencia de oxígeno. Debido al carácter electronegativo de los sustituyentes halógenos, los compuestos alifáticos fuertemente clorados se disponen termodinámicamente para la deshalogenación reductora mediante donadores de electrones, tal como el hidrógeno elemental (por ejemplo, haciendo reaccionar el gas con hidrógeno en presencia de platino, paladio o catalizador de rodio, opcionalmente presente en un carbono, alúmina, zeolita, sílice, óxido de titanio o medios de soporte de óxido de circonio). Los cloros también pueden reaccionar con metales de transición para formar enlaces covalentes.
Separador ciclónico/eliminación de partículas
En una realización, se usa un separador ciclónico para eliminar las partículas presentes en el vapor. Si se usa una unidad de desulfuración, el separador ciclónico se puede unir antes o después de la unidad de desulfuración, aunque está preferentemente unido antes de la unidad de desulfuración para minimizar la contaminación por partículas de la unidad de desulfuración.
Como se usa en el presente documento, la separación ciclónica es un método para eliminar partículas del flujo de producto gaseoso, sin usar filtros, mediante separación por vórtices. Se usa un ciclón de gas y se usan efectos de giro y gravedad para separar los sólidos de los gases. El método también se puede usar para separar finas gotas de líquido de un flujo gaseoso.
Se establece un flujo de aire giratorio de alta velocidad dentro de un recipiente cilíndrico o cónico denominado ciclón. El aire fluye en un patrón helicoidal, comenzando en la parte superior (extremo ancho) del ciclón y terminando en el extremo inferior (estrecho) antes de salir del ciclón en un flujo recto a través del centro del ciclón y fuera de la parte superior.
Las partículas relativamente grandes y densas en el flujo giratorio tienen demasiada inercia para seguir la curva cerrada del flujo. Cuando golpean la pared exterior, caen a la parte inferior del ciclón donde se pueden eliminar. En un sistema cónico, a medida que el flujo giratorio se mueve hacia el extremo estrecho del ciclón, se reduce el radio de giro del flujo, separando por tanto partículas cada vez más pequeñas. La geometría del ciclón, junto con la velocidad del flujo, define el punto de corte del ciclón, es decir, el tamaño de partícula que se eliminará del flujo con una eficacia del 50 %. Las partículas más grandes que el punto de corte se eliminarán con mayor eficacia y las partículas más pequeñas con menor eficacia.
Un diseño de ciclón alternativo usa un flujo de aire secundario dentro del ciclón para evitar que las partículas recolectadas golpeen las paredes, para protegerlas de la abrasión. El flujo de aire primario que contiene las partículas entra desde la parte inferior del ciclón y es obligado a girar en espiral mediante paletas giratorias estacionarias. El flujo de aire secundario entra desde la parte superior del ciclón y se mueve hacia abajo, hacia la parte inferior, interceptando las partículas del aire primario. El flujo de aire secundario también permite montar opcionalmente el colector en posición horizontal, porque empuja las partículas hacia el área de recolección y no depende únicamente de la gravedad para realizar esta función.
Los expertos en la técnica del refinado de petróleo saben cómo usar la separación ciclónica, ya que en la industria del refinado de petróleo se usan separadores similares para separar partículas de catalizador de mezclas de productos gaseosos.
Unidad de separación/enfriamiento de productos
Mientras los productos que salen de la retorta están en fase gaseosa, a temperatura ambiente, algunos productos son líquidos y otros son gaseosos. El aparato incluye además una unidad de separación de productos, que incluye uno o más intercambiadores de calor, torres de enfriamiento, torres de destilación, refrigeradores, cortinas de líquido a través de las cuales pueden pasar flujos gaseosos y similares, para enfriar el gas y separar la mezcla de productos en uno o más productos líquidos y uno o más productos gaseosos.
En algunas realizaciones, se hacen esfuerzos para recoger la mayor cantidad posible de flujo de producto que es líquida a temperatura ambiente y presión atmosférica y, en otras realizaciones, se hacen esfuerzos para separar uno o más productos líquidos entre sí.
En algunas realizaciones, se hacen esfuerzos para recoger la mayor cantidad posible de productos que son gaseosos a temperatura ambiente y presión atmosférica en un único flujo de producto y, en otras realizaciones, se hacen esfuerzos para separar uno o más productos gaseosos entre sí.
Generalmente, los productos de hidrocarburos con cinco o más carbonos en sus cadenas (es decir, hidrocarburos C5+) son líquidos a temperatura ambiente. Los productos gaseosos normalmente incluyen uno o más de monóxido de carbono, dióxido de carbono, gas hidrógeno, ácido sulfhídrico, dióxido de azufre, metano, etano, etileno, propano, propileno, butano y butilenos. Aquellos productos de hidrocarburos que tienen de dos a cuatro carbonos en sus cadenas (es decir, hidrocarburos C2-4) se pueden separar de otros productos gaseosos, por ejemplo, usando una columna desmetanizadora. Aquellos productos que tienen de tres a cuatro carbonos se pueden separar de aquellos productos que tienen dos carbonos, por ejemplo, usando una columna desetanizadora. Como alternativa, los productos gaseosos, que tienden a tener un valor BTU relativamente alto, se pueden quemar y usar para generar energía térmica o electricidad, según se desee.
El flujo de producto gaseoso puede pasar inicialmente a través de uno o más intercambiadores de calor, tal como un condensador, para reducir la temperatura del flujo de gas y obtener un primer flujo de producto líquido y un segundo flujo de gas, que está formado por los componentes que no se licuaron en la primera etapa de enfriamiento.
Este flujo de producto líquido se puede bombear a una ubicación corriente abajo de donde se enfría inicialmente el gas y usar para crear una cortina de líquido enfriado, que a continuación se puede poner en contacto con el segundo flujo de gas. Esto enfriará el segundo flujo de gas y proporcionará un segundo flujo de producto líquido que incluye los líquidos inicialmente recogidos y aquellos líquidos obtenidos enfriando el segundo flujo de gas. Este proceso se puede repetir según se desee.
Generalmente, los primeros productos separados del flujo de producto gaseoso son aquellos con los pesos moleculares más altos y los últimos productos separados del flujo de producto gaseoso son aquellos con los pesos moleculares más bajos.
Las cantidades de productos líquidos y productos gaseosos variarán dependiendo de la naturaleza de la materia prima y las condiciones de reacción. Sin embargo, el contenido total del producto líquido (es decir, el "contenido de aceite" en el caucho de neumáticos que se despolimeriza térmicamente usando el aparato y las técnicas descritos en el presente documento normalmente oscila entre aproximadamente el 31 y aproximadamente el 41 % en peso de los neumáticos. El contenido de metano normalmente es de aproximadamente el 25 %.
En la figura 1 se muestra una distribución de productos representativa. Hay una fracción de producto significativa con entre aproximadamente 6 y 9 carbonos (es decir, una fracción Ca-g), una fracción significativa con entre 14 y 17 carbonos (es decir, una fracción C14-17) y una fracción modesta por encima de C24. En esta distribución de productos en particular, sobre información y creencias, los polímeros de los neumáticos que se despolimerizaron se formaron a partir de monómeros con estas longitudes de cadena, lo que explicaría por qué hay poco material con tamaño en el intervalo C10-13. Productos más ligeros que C5 están presentes en la fase gaseosa y no fueron objeto de análisis. Si se pone en funcionamiento a diferentes temperaturas y presiones, por ejemplo, a temperaturas y/o presiones más altas, que las usadas para crear este flujo de producto en particular, las olefinas en este flujo de producto inicial pueden reaccionar además para formar dímeros/trímeros/oligómeros de olefinas, pueden participar en reacciones de Diels-Alder con butadieno u otros dienos para formar compuestos cicloalifáticos, se pueden hidrogenar para formar compuestos alifáticos, pueden sufrir reacciones de aromatización para formar compuestos aromáticos y similares.
Como los puntos de ebullición de una fracción Ca-g, una fracción C14-17 y una fracción C24+ son tan diferentes, está dentro de la habilidad de los expertos en la técnica enfriar la mezcla de productos y separar estos tipos de fracciones.
Para gestionar los costos, puede resultar ventajoso usar intercambiadores de calor y cortinas de producto líquido como al menos parte de la unidad de aislamiento de producto.
Bomba de vacío/Unidad de aspiración
La despolimerización térmica se lleva a cabo al vacío, que normalmente es del orden de entre aproximadamente -0,8 y aproximadamente -200 milibares, más usualmente entre aproximadamente -6 y aproximadamente -10 milibares. Para conseguir este vacío, una bomba de vacío o unidad de aspiración se une en el extremo de la unidad de separación de productos o cerca de este. En algunas realizaciones, la presión puede aumentar hasta aproximadamente 8 milibares, particularmente porque se producen productos gaseosos.
Los productos gaseosos se pueden aislar o, si se desea, quemar. Si van a ser quemados, el aparato puede incluir un quemador (llamarada) o generador después de la bomba de vacío o unidad de aspiración. El quemador se puede usar para generar calor a medida que se quema el gas y el generador se puede usar para generar electricidad a medida que se quema el gas.
Enfriamiento de la cámara de retorta
Puede ser deseable, entre lotes, enfriar la retorta. En funcionamiento, normalmente se añade agua a la retorta desde una válvula, unida a un puerto de entrada, en la parte inferior de la retorta o cerca de esta. Durante las operaciones de enfriamiento, también puede haber agua o, como alternativa, se puede añadir desde una válvula, unida a un puerto de entrada, en la parte superior de la retorta o cerca de esta. Esto puede acelerar significativamente el proceso de enfriamiento, lo que permite que el siguiente lote se procese más rápido que si no se añade agua desde la parte superior de la cámara de retorta.
Control de temperatura
Hay una variedad de formas de controlar la temperatura dentro de un reactor, tal como el interior de una cámara de retorta. Los ejemplos incluyen medidores de temperatura, termopares, termómetros y/o termostatos. Se pueden preferir los termómetros en aquellas zonas donde los productos de la despolimerización térmica salen de la cámara de retorta (es decir, por encima de la zona de despolimerización), ya que la temperatura normalmente oscila entre aproximadamente 100 y aproximadamente 280 °C, y estas son temperaturas que se pueden medir usando un termómetro. Sin embargo, cerca de la parte inferior del reactor, donde las temperaturas superan los 900 °C, y en la propia zona de despolimerización, donde las temperaturas están entre 250 y 550 °C, un termopar puede ser una forma preferida de medir la temperatura.
Parte superior de la cámara de retorta
La parte superior de la retorta se puede abrir para cargar neumáticos y/u otros materiales a desmantelar térmicamente en la retorta. Esto se puede lograr uniendo la parte superior al resto de la retorta usando una campana en forma de concha, una bisagra, una parte superior de rosca, una serie de bridas y similares.
La parte superior de la cámara de retorta se puede equipar con uno o más puertos de entrada y válvulas unidas a los puertos, para permitir que el agua fluya hacia la retorta. Como alternativa, el/los puerto(s) de entrada y la(s) válvula(s) se pueden colocar debajo de la parte superior real de la cámara de retorta, pero en el tercio superior de la retorta, de modo que las válvulas/puertos no tengan que separarse cuando se abre la parte superior, se eliminan los materiales no quemados y se agrega el siguiente lote de materiales a despolimerizar.
Eliminación de material sólido de la retorta
Entre lotes, es deseable eliminar el material sólido sobrante de la retorta. En el caso de los neumáticos, el material sobrante puede incluir negro de carbón y acero de las correas de acero de los neumáticos. Hay varias formas de eliminar el material sobrante de la retorta. Una forma a modo de ejemplo es proporcionar una bisagra en la parte inferior de la retorta y desarticular la parte inferior después de que el material se haya despolimerizado térmicamente, eliminando de este modo el material de la retorta.
Otra forma es proporcionar una bisagra con un eje horizontal alrededor del centro de la retorta y un motor para hacer girar la retorta. Después de eliminar la parte superior, la retorta se puede girar alrededor del eje horizontal de la bisagra. Los materiales recopilados en la parte inferior de la retorta caen a continuación fuera de la parte superior de la retorta. A continuación, la retorta se puede girar de nuevo a la posición vertical y las tuberías, válvulas u otras conexiones que se desconectaron para hacer girar la retorta se pueden volver a conectar.
II. Materiales que se pueden desmantelar térmicamente
En una realización, los neumáticos son el material que se desmantela térmicamente. Los neumáticos pueden provenir del fabricante de neumáticos (es decir, desechos posindustriales), de un vertedero (es decir, desechos posconsumo) o ambos. En algunos aspectos de esta realización, los restos de neumáticos incluyen caucho no vulcanizado.
Cuando los neumáticos provienen de un fabricante de neumáticos, los monómeros resultantes de la despolimerización térmica se pueden devolver al fabricante, al igual que las correas de acero de los neumáticos con correas de acero. Cuando los neumáticos provienen de un vertedero, las mezclas de productos se pueden usar para generar uno o más productos con un valor más alto y un volumen más bajo que los neumáticos. Cuando se usa una unidad de desulfuración, los productos tendrán un bajo contenido de azufre y la cantidad de azufre liberada al medio ambiente será significativamente menor que si los neumáticos simplemente se quemaran.
En algunas realizaciones, los neumáticos se añaden intactos a la cámara de retorta y, en otras realizaciones, los neumáticos se cortan en dos o más piezas y las piezas se añaden a la cámara de retorta.
Cuando los neumáticos se apilan dentro de la cámara de retorta, hay una cantidad significativa de espacio vacío que se puede llenar, por ejemplo, con otros materiales a despolimerizar. Debe quedar una cantidad razonable de volumen vacío, de modo que el calor se pueda transferir desde la parte inferior de la cámara de retorta a la zona de despolimerización. De manera ideal, la cantidad de espacio vacío que se puede llenar es inferior al 75 % en volumen, más usualmente inferior a aproximadamente el 50 % en volumen y, aún más típicamente, inferior a aproximadamente el 25 % en volumen.
Además de, o en lugar de, neumáticos, otros materiales que se pueden desmantelar incluyen caucho no vulcanizado, lodo de Banbury, desechos médicos, desechos a base de madera, desechos a base de aceite, materia vegetal, desechos animales, desechos humanos, desechos de pescado, desechos informáticos, placas de circuito impreso, "pelusa" de la demolición de coches y extensor de asfalto.
Los productos resultantes del desmantelamiento térmico de estos materiales serán diferentes de los obtenidos de los neumáticos y las temperaturas de funcionamiento también podrán variar, dependiendo de las temperaturas apropiadas a las que los polímeros se someten a despolimerización térmica.
III. Proceso de desmantelamiento térmico
En el proceso descrito en el presente documento, se abre la parte superior de la cámara de retorta y se añaden neumáticos y/u otros materiales a despolimerizar térmicamente. Normalmente, los neumáticos se apilan uno encima del otro, desde la parte inferior hasta la parte superior de la retorta. De esta manera, a medida que los neumáticos cerca de la parte inferior se queman para proporcionar energía térmica para la reacción de despolimerización, los neumáticos apilados encima de los neumáticos que se queman se pueden caer, proporcionando así materia prima nueva para la combustión y una fuente continua de calor para la reacción de despolimerización.
En algunas realizaciones, la despolimerización térmica se lleva a cabo al vacío, ya que los gases podrían explotar si entran en contacto con el aire a altas temperaturas y, como la despolimerización térmica sigue los principios del principio de Le Chátelier, en concreto, que para convertir una molécula de polímero en muchas moléculas de monómero, se favorece un vacío, mientras que para convertir muchas moléculas de monómero en una molécula de polímero, se favorece la presión. Normalmente, para garantizar que se eliminan el aire y los gases volátiles, se establece una atmósfera de nitrógeno o dióxido de carbono, por ejemplo, a través de un puerto de entrada, y a continuación se aplica un vacío, usando la bomba de vacío u otros medios descritos en el presente documento para proporcionar un vacío. Los gases y otros volátiles que salen de la retorta se pueden capturar bajo presión, liberar a la atmósfera o hacer estallar dependiendo del proceso, costo y valor.
El uso de nitrógeno, dióxido de carbono u otros gases inertes es opcional y establecer un vacío es opcional. Normalmente, la presión a la que se lleva a cabo la despolimerización térmica está entre aproximadamente -0,8 y aproximadamente -200 milibares, más usualmente entre aproximadamente -6 y aproximadamente -10 milibares. El sistema está completamente sellado y se permite que escapen pocos vapores nocivos o con olores o ninguno.
Una vez que se purgan el aire y los gases volátiles, y se puede establecer un vacío, se añade calor a la parte inferior del reactor, calentando la fila inferior de neumáticos y/u otro material a desmantelar térmicamente a una temperatura de entre aproximadamente 900 y 1300 °C. Esto se puede hacer usando cualquier medio adecuado, tal como mediante el uso de un calentador de inducción, material refractario de calefacción, usando quemadores y similares.
Una forma particularmente eficaz de introducir este calor es tener una serie de registros en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta. Un agente de combustión, tal como aire u oxígeno, se puede introducir en un extremo de la serie de registros y se puede introducir una llama de un quemador en el otro extremo de la serie de registros. El quemador se puede colocar sobre un carro, lo que facilita su movimiento a través de la retorta. Los registros pueden estar espaciados para proporcionar una presión sustancialmente igual a lo largo de toda la parte inferior de la retorta. Por "sustancialmente igual" se entiende que la presión a lo largo de la parte inferior de la cámara de retorta no varía más del 20 %.
Una vez que los neumáticos alcancen esta temperatura, se quemarán y producirán calor. Se mantiene un flujo constante de aire u oxígeno, añadido a través de un puerto de entrada en la parte inferior del reactor o cerca de esta. Debido a que el oxígeno está presente en una concentración baja y se consume por los neumáticos que están ardiendo sin llama, esto no aumenta significativamente la presión.
Una vez que se alcanza la temperatura deseada, el calor fluirá hacia arriba y provocará la despolimerización térmica de los neumáticos y/u otros materiales. El intervalo de temperatura deseado para la despolimerización térmica del caucho presente en los neumáticos está entre aproximadamente 100 y 280 °C aunque, en el extremo superior de este intervalo de temperatura, tienden a formarse productos con pesos moleculares más bajos y, en el extremo inferior de este intervalo de temperatura, tienden a formarse productos con pesos moleculares más altos.
También se añade agua, normalmente a través de un puerto de entrada en la parte inferior del reactor o cerca de esta. El agua permite tener cierto control sobre la temperatura de reacción. Sin desear quedar ligado a una teoría en particular, también se cree que cuando los neumáticos se despolimerizan térmicamente, el hierro presente en las correas de acero reacciona con el monóxido de carbono formado como resultado de una combustión incompleta (es decir, usando menos oxígeno que el estequiométrico) y el agua que se introduce para formar hidrógeno, de manera análoga al proceso de "planchado a vapor". El hidrógeno así formado puede romper los enlaces azufre-azufre y carbono-azufre presentes en el caucho vulcanizado usado en los neumáticos y formar productos de ácido sulfhídrico y otros productos que contienen azufre (incluyendo, aunque no de forma limitativa, COS).
El proceso descrito en el presente documento es único, en el sentido de que permite tener cierto grado de control sobre la distribución del producto. Por ejemplo, si se desea producir metano como producto principal, la reacción de despolimerización se puede realizar a una temperatura relativamente más alta y, si se desea aislar más monómeros, la reacción de despolimerización se puede realizar a una temperatura relativamente más baja.
Independientemente de las temperaturas a las que se produce la mayor parte de la despolimerización, la temperatura tenderá a aumentar cuando la reacción esté a punto de completarse.
La temperatura en la retorta se controla durante la etapa de despolimerización térmica. La temperatura se puede controlar en múltiples ubicaciones dentro de la cámara de retorta. Por ejemplo, se puede controlar la combustión/combustión sin llama de neumáticos y/u otros materiales en la parte inferior del reactor o cerca de esta para garantizar que la temperatura se mantenga en el intervalo de 900 a 1300 °C. La temperatura en la zona de despolimerización se puede controlar para garantizar que la temperatura se mantenga en el intervalo de entre aproximadamente 150 y 550 °C, más usualmente, entre aproximadamente 250-550 °C o entre aproximadamente 150 y 450 °C, y/o la temperatura de los productos que salen de la cámara de retorta se puede controlar para garantizar que la temperatura se mantenga en el intervalo de entre aproximadamente 100 y aproximadamente 280 °C.
A medida que las temperaturas alcanzan sus intervalos apropiados, los productos gaseosos evolucionan desde el puerto o puertos. A partir de ahí, los productos gaseosos se pueden someter a un ciclón para eliminar partículas, una etapa de desulfuración para eliminar el ácido sulfhídrico y otros productos que contienen azufre y un proceso de enfriamiento para permitir que los productos que son líquidos a temperatura ambiente se separen de los que son gaseosos a temperatura ambiente. Los productos gaseosos se pueden recoger y almacenar, quemar o usar para generar electricidad.
El proceso de enfriamiento se puede ajustar según se desee, para combinar todo el gas y todos los productos líquidos o aislar por separado una o más fracciones líquidas y/o una o más fracciones gaseosas.
A medida que avanza la reacción, se consumen los neumáticos y/u otros materiales en la parte inferior de la cámara de retorta o cerca de esta y, usando la gravedad, los materiales desde arriba de los materiales consumidos descienden a continuación por la cámara de retorta hasta que se despolimerizan.
Una vez completada la reacción, que se puede considerar, por ejemplo, por los cambios de temperatura en las distintas zonas, la reacción se puede extinguir, por ejemplo, introduciendo agua a través de una válvula en la parte superior de la cámara de retorta o cerca de esta.
Cuando la cámara de retorta se haya enfriado lo suficiente, se puede drenar el agua y eliminar los materiales sólidos de la cámara de retorta.
En una realización, esto implica abrir una bisagra en la parte inferior de la cámara de retorta para liberar los materiales. En otra realización, esto implica retirar la parte superior, desacoplar el puerto de salida y girar la retorta alrededor de una bisagra con un eje horizontal ubicado en el centro de la retorta o cerca de este. A continuación, los materiales caen desde la parte superior de la cámara de retorta y la cámara de retorta se puede mover de nuevo a su posición vertical original.
Productos de desmantelamiento térmico de neumáticos
Los productos obtenidos del desmantelamiento térmico de neumáticos tienden a incluir negro de carbón, compuestos de azufre, acero (de correas de acero), un líquido, en gran parte olefínico, fracción con propiedades similares al diésel número 2, gas metano, una fracción C2-4 y uno o más gases adicionales, tal como dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre e hidrógeno. Como se analizó anteriormente, en algunas realizaciones, las olefinas en la fracción olefínica pueden reaccionar adicionalmente para formar dímeros, trímeros y oligómeros, compuestos cicloalifáticos, alifáticos y/o aromáticos. Eliminar los productos sólidos de la cámara de retorta mientras aún están húmedos puede facilitar el aislamiento del negro de carbón.
Ejemplos
La presente invención se entenderá mejor con referencia al siguiente ejemplo no limitativo.
La figura 2 es una ilustración esquemática de una realización de la cámara de retorta descrita en el presente documento. La cámara (10) de retorta incluye una parte superior (20), una parte inferior (30), una bisagra (40) en la parte superior y/o inferior, para permitir al usuario insertar material a despolimerizar térmicamente y/o eliminar material inorgánico y otros restos que quedan después del proceso de despolimerización térmica, sensores (50) de temperatura cerca de la parte superior, cerca de la parte inferior y entre la parte superior y la parte inferior de la cámara de retorta, un carro (60) para recibir un quemador (70), dos puertos (80) de entrada cerca de la parte inferior de la cámara de retorta y un puerto (80) de entrada cerca de la parte superior de la cámara de retorta y un puerto (90) de salida entre la parte superior y la parte inferior de la cámara de retorta. A lo largo de la parte inferior, en línea con y encima del quemador, está un registro (100). El material a despolimerizar térmicamente se superpone al registro.
En uso, el material a despolimerizar térmicamente se introduce en la cámara (10) de retorta, idealmente abriendo la bisagra (40) en la parte superior de la cámara (10) de retorta, cuya bisagra (40) se cierra después de introducir el material. Se inserta oxígeno o aire a través de uno de los puertos (80) de entrada inferiores y el quemador (70) se introduce a través del carro (60). El oxígeno/aire pasa a través de un registro (100), lo que permite un calentamiento sustancialmente uniforme a medida que el quemador (70) y el oxígeno se desplazan a lo largo de la parte inferior del reactor (20) y sobre el registro (100).
La cantidad de oxígeno/aire es insuficiente para dar como resultado una combustión rápida del material a quemar. En lugar de ello, esto da como resultado la combustión parcial, o la combustión sin llama, de la capa inferior del material a quemar (tal como neumáticos). La temperatura en la parte inferior (30) de la retorta (10) o cerca de esta se controla usando un sensor (50) de temperatura, de modo que permanezca en el intervalo de entre aproximadamente 900 y 1300 °C. Se añade agua a la retorta (10) a través de un segundo puerto (80) de entrada en la parte inferior de la retorta (20) o cerca de esta. El agua puede reaccionar con hierro para formar hidrógeno y óxido de hierro, por ejemplo, donde el material a despolimerizar térmicamente comprende neumáticos y los neumáticos comprenden correas de acero.
A medida que se produce la despolimerización térmica, la temperatura en el medio de la cámara de retorta aumenta a un intervalo deseado, según se mide por un segundo sensor (50) térmico, y se produce un producto de despolimerización térmica. Este material sale de la retorta (10) a través de un puerto (90) de salida.
La temperatura en la parte superior del reactor (20) o cerca de esta se puede medir usando un tercer sensor (50) de temperatura.
Cuando se completa la reacción, la retorta se puede enfriar agregando más agua a través del puerto (80) de entrada en la parte inferior del reactor o cerca de esta y, opcionalmente, a través del puerto (80) de entrada en la parte superior del reactor (20) o cerca de esta. Se puede eliminar el material inorgánico y otro material que no se consuma en la reacción de despolimerización, por ejemplo, abriendo una bisagra (40) cerca de la parte inferior del reactor.
La figura 3 es una ilustración esquemática de otra realización de la cámara de retorta descrita en el presente documento. En esta realización, como con la realización anterior, la cámara (10) de retorta incluye una parte superior (20) y una inferior (30), sensores (50) de temperatura, un carro (60) para un quemador (no mostrado), puertos (80) de entrada en la parte inferior (30) y superior (20) de la retorta (10), un puerto (90) de salida y un registro (100). Sin embargo, además de la bisagra (40) en la parte superior (20) de la retorta (10) o cerca de esta, hay bisagras (40) en el centro de la cámara (10) de retorta o cerca de este, que permiten girar la retorta (10). En uso, la retorta se usa sustancialmente de la misma manera que la realización mostrada en la figura 2. Sin embargo, cuando se completa la etapa de despolimerización térmica, los restos se pueden eliminar abriendo la parte superior de la retorta (20) y girando la retorta (10) usando las bisagras en el centro de la retorta (40) o cerca de este.
La figura 4 es una vista en corte de la cámara de retorta descrita en el presente documento. Al igual que con las otras figuras, la retorta (10) incluye una parte superior (20) y una inferior (30), una bisagra en la parte superior (40) o cerca de esta, puertos (80) de entrada en la parte inferior y superior de la retorta y sensores (50) de temperatura en la parte superior e inferior o cerca de esta y entre la parte superior e inferior de la retorta. Un quemador (70) está insertado parcialmente en el carro (60). Los lados de la retorta (10) se muestran llenos de material refractario (110).
La figura 5 es una ilustración esquemática de una realización de un aparato para recoger productos cuando salen de la cámara de retorta. La cámara (10) de retorta está conectada a un puerto (90) de salida y los productos se pasan opcionalmente a través de una cámara ciclónica (120) para eliminar partículas sólidas y/o una cámara de desulfuración para desulfurar los materiales mientras todavía están en la fase gaseosa. El material opcionalmente desulfurado pasa a través de una o más unidades (140) de refrigeración/condensación y el material que se licua se recoge en uno o más recipientes (150) de recolección. La reacción de despolimerización se lleva a cabo al vacío y el vacío se logra usando una bomba (160) de vacío. La bomba (160) de vacío está, indirectamente, conectada a la retorta (10) a través de las unidades (140) de refrigeración/condensación de la cámara ciclónica intermedia, cámara (130) de desulfuración opcional, ciclón opcional (120) y puerto (10) de salida. El material gaseoso pasa a través de las unidades (140) de refrigeración/condensación y a través de la bomba (160) de vacío, donde opcionalmente se hace estallar usando una llamarada (170).
En otras realizaciones, no mostradas, los materiales gaseosos se pueden hacer pasar a través de una columna de desmetanización y los productos C2-4 recogidos bajo presión. La C1 y productos inferiores (metano, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno y similares) se pueden embotellar bajo presión, si se desea, para su uso posterior, como alternativa a hacerse estallar. No es deseable la liberación directa de estos gases a la atmósfera.
El alcance de la presente invención no está limitado por las realizaciones específicas descritas en el presente documento. De hecho, diversas modificaciones de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, además de las descritas, resultarán evidentes para los expertos en la materia a partir de la descripción anterior y las figuras adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una cámara (10) de retorta que comprende:
a) una parte superior (20),
b) una parte inferior (30),
c) un calentador en la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta capaz de calentar la parte inferior (30) a una temperatura de entre aproximadamente 900 y 1300 °C,
d) dos o más puertos (80) de entrada ubicados en la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta,
e) uno o más puertos (90) de salida ubicados en la parte superior (20) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta, f) monitores (50) de temperatura en la parte superior e inferior de la cámara (10) de retorta o cerca de estas, g) un monitor (50) de temperatura ubicado en una posición entre aproximadamente el 30 y aproximadamente el 70 % de la distancia entre la parte superior (20) y la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta, y
h) una línea de vacío o aspirador (160) ubicado en el tercio superior de la cámara (10) de retorta,
en donde el calentador es un quemador (70) colocado sobre un carro (60), cuyo carro está adaptado para permitir que el quemador (70) se mueva a lo largo de la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta, en donde la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta comprende una pluralidad de registros (100), cuyos registros están espaciados para proporcionar una presión sustancialmente igual a lo largo de toda la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta, en donde sustancialmente igual significa que la presión a lo largo de la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta no varía más del 20 %.
2. La cámara (10) de retorta de la reivindicación 1, en donde uno o más de los puertos (80) de entrada se adapta para recibir un suministro de agua o un suministro de aire u oxígeno para introducirse en la cámara (10) de retorta.
3. La cámara (10) de retorta de la reivindicación 1, que comprende además uno o más puertos (80) de entrada en la parte superior (20) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta, cuyos puertos (80) de entrada están adaptados para recibir un suministro de agua a introducir en la cámara (10) de retorta.
4. La cámara (10) de retorta de la reivindicación 1, en donde la parte inferior (30) tiene bisagras y, cuando se abre, permite eliminar material de la cámara (10) de retorta o en donde la parte superior (20) tiene bisagras y, cuando se abre, permite insertar o eliminar material de la cámara (10) de retorta, opcionalmente comprendiendo además una bisagra (40) con un eje horizontal, adaptado para permitir que la cámara (10) de retorta gire, permitiendo que se elimine material de la cámara (10) de retorta cuando la tapa está abierta y la cámara (10) de retorta se gira de modo que la parte superior de la cámara (10) de retorta esté más baja que la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta.
5. La cámara (10) de retorta de la reivindicación 1, que comprende además una unidad (130) de desulfuración unida a uno de los puertos (90) de salida,
una unidad ciclónica (120) unida a uno de los puertos (90) de salida, en donde la unidad ciclónica (120) está adaptada para eliminar partículas de un flujo de producto gaseoso que sale del puerto (90) de salida, o una unidad (140) de refrigeración o condensación unida a uno de los puertos (90) de salida, cuya unidad (140) de refrigeración o condensación está adaptada para recibir y enfriar un flujo de producto que está en la fase gaseosa a la temperatura a la que entra a la unidad (140) de refrigeración o condensación y, cuando se enfría, al menos una parte del flujo de producto está en fase líquida.
6. La cámara (10) de retorta de la reivindicación 1, en donde la línea de vacío o aspirador (160) está unido a la unidad (140) de refrigeración o condensación.
7. Un proceso para desmantelar térmicamente neumáticos y/u otros materiales, que comprende:
a) cargar la cámara (10) de retorta de la reivindicación 1 con neumáticos y/u otros materiales,
b) purgar la cámara (10) de retorta de volátiles y aire, de modo que en la cámara (10) de retorta esté presente un vacío en el intervalo de entre aproximadamente -0,8 y -200 milibares,
c) calentar una parte de los neumáticos y/u otros materiales en la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta a una temperatura de entre aproximadamente 900 y 1300 °C, y
d) despolimerizar térmicamente los neumáticos y/u otros materiales para formar un flujo de producto que sale de la cámara (10) de retorta a través de un puerto (90) de salida, cuyo flujo de producto está en la fase gaseosa mientras sale de la cámara (10) de retorta, mientras se mantiene la temperatura en la zona donde los productos salen de la cámara (10) de retorta a una temperatura de entre aproximadamente 100 y 280 °C, que comprende además opcionalmente someter el flujo de producto a condiciones de desulfuración o a un ciclón para eliminar partículas.
8. El proceso de la reivindicación 7, en donde la presión está entre aproximadamente -6 y -8 milibares.
9. El proceso de la reivindicación 7, en donde la temperatura se mantiene añadiendo agua y/o aire u oxígeno a través de dos o más puertos (80) de entrada.
10. El proceso de la reivindicación 8, en donde el material que se va a desmantelar térmicamente comprende neumáticos con correas de acero y en donde el agua reacciona con el acero de los neumáticos con correas de acero a una temperatura de entre aproximadamente 900 y 1300 °C para formar hidrógeno, opcionalmente en donde los neumáticos comprenden caucho vulcanizado que comprende enlaces azufre-azufre y/o azufre-carbono y el hidrógeno rompe los enlaces azufre-azufre y/o azufre-carbono en el caucho vulcanizado.
11. El proceso de la reivindicación 7, en donde el flujo de producto comprende uno o más productos que son líquidos a temperatura ambiente y presión atmosférica y uno o más productos que son gaseosos a temperatura ambiente y presión atmosférica, que comprende además someter el flujo de producto a una unidad refrigeradora o condensadora, para condensar una parte de los productos que son líquidos a temperatura ambiente y presión atmosférica.
12. El proceso de la reivindicación 7, en donde los neumáticos y/u otro material que se desmantela térmicamente experimentan una reacción de despolimerización térmica en esa parte de la cámara (10) de retorta entre donde la temperatura está entre aproximadamente 900 y aproximadamente 1300 °C y donde la temperatura está entre aproximadamente 100 y aproximadamente 280 °C, opcionalmente, en donde el material que se desmantela térmicamente comprende neumáticos y los neumáticos que se queman en la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta proporcionan energía térmica para la etapa de despolimerización térmica.
13. El proceso de la reivindicación 7, en donde la temperatura de la etapa de despolimerización térmica, y en consecuencia la composición del producto, se controla ajustando la cantidad de agua y/o aire u oxígeno a través de dos o más puertos (80) de entrada.
14. El proceso de la reivindicación 7, en donde, una vez completada la etapa de despolimerización térmica, la cámara (10) de retorta se enfría introduciendo agua en la cámara (10) de retorta a través de un puerto (80) de entrada en la parte superior (20) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta y/o uno de los puertos (80) de entrada en la parte inferior (30) de la cámara (10) de retorta o cerca de esta.
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