MX2013004880A

MX2013004880A - Reactor y metodo para la descomposicion al menos parcial y/o purificacion de material de plastico.

Info

Publication number: MX2013004880A
Application number: MX2013004880A
Authority: MX
Inventors: Adam Handerek
Original assignee: Adam Handerek
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-10-17
Also published as: CA2816473A1; BR112013010887A2; AU2011335524A1; CN103282115A; CN103282115B; UA111477C2; RU2013125234A; DE102010050153B4; DE102010050153A1; JP2013541626A; WO2012072061A1; EP2635371A1; US20130289322A1

Abstract

Reactor para gasificar y/o purificar, en particular para despolimerizar, material (12) de plástico, que comprende un recipiente (14) del reactor para recibir el material (12) de plástico, siendo que el recipiente del reactor comprende un caldo metálico, un calentador (18) para calentar el material (12) de plástico en el recipiente (14) del reactor. De conformidad con la invención se proporciona un dispositivo (24) de guía dispuesto en un espacio (22) inferior del recipiente (14) del reactor para guiar el material (12) de plástico licuado en el recipiente (14) del reactor, siendo que el dispositivo (24) de guía se configura para guiar el material (12) de plástico licuado en una trayectoria helicoidal.

Description

REACTOR Y METODO PARA LA DESCOMPOSICION AL MENOS PARCIAL Y/O PURIFICACION DE MATERIAL DE PLASTICO DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere a un reactor para gasificar y/o purificar material de plástico de conformidad con el preámbulo de la reivindicación l. De conformidad con un segundo aspecto la invención se refiere a un método para la descomposición al menos parcial, en particular para la despolimerización, y/o purificación de material de plástico.

El material de los artículos de plástico usados actualmente la mayoría de las veces se reutiliza en la elaboración de productos en los que la calidad del plástico desempeña un papel subordinado, por ejemplo en bancas o postes. Sin embargo, estos usos no son capaces de absorber las inmensas cantidades de desecho plástico, de manera que una gran parte de la basura plástica se usa como combustible.

Por el documento US 5,436,210 A se conoce un dispositivo para tratar desecho en el cual el desecho se introduce desde abajo en un baño de metal líquido. El desecho se descompone y abandona el baño en forma líquida o gaseosa.

Por el documento EP 1 840 191 Al se conoce un dispositivo para gasificar biomasa. Un reactor de este tipo por lo general no es adecuado para gasificar o purificar material de plástico, en virtud de que los procesos químicos REF.240918 en que. se funda son diferentes.

Por el documento JP 2004 256 773 A se conoce un dispositivo de descomposición térmico en el cual el producto que se debe descomponer térmicamente se conduce en un tubo que se extiende horizontal, el cual se calienta desde el exterior. Para eliminar los residuos el dispositivo de descomposición tiene un tornillo rotatorio mediante el cual los residuos se transportan a un extremo del tubo para allí extraerlos .

La invención tiene por objeto proponer un reactor para gasificar y/o purificar material de plástico que ocupa un pequeño espacio de construcción.

La invención resuelve problema mediante un reactor del tipo genérico en el cual el dispositivo de guía se configura para guiar el material de plástico licuado en una trayectoria helicoidal .

De conformidad con un segundo aspecto, la invención resuelve el problema mediante un método para descomponer al menos parcialmente, en particular para despolimerizar, y/o purificar material de plástico que comprende las etapas: (a) introducir el material de plástico en un recipiente del reactor que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, (b) calentar el material de plástico mediante un calentador, y (c) mediante un dispositivo de guía dispuesto en el espacio interior del recipiente del reactor guiar el material de plástico en una trayectoria alrededor del eje longitudinal del recipiente del reactor.

Lo favorable de la invención es que el material de plástico en el reactor recorre un trayecto largo,, de manera que reacciona químicamente en gran parte. Por medio de guiar el material de plástico en la trayectoria helicoidal es posible construir el reactor de manera muy compacta, lo cual reduce las pérdidas de calor debidas a la radiación.

Dentro del aspecto de la presente descripción se entiende por reactor en particular un reactor de. despolimerización termo-catalítico . Por , esto se entiende un reactor que se configura para despolimerizar en forma térmica y/o catalítica los polímeros alimentados o descomponerlos en sustancias con un punto de fusión o ebullición más bajo. Pero el reactor también se puede configurar para purificar material de plástico. Entonces la temperatura en el reactor se selecciona favorablemente de manera que descompone la impureza pero no influye en el material de plástico.

Por el calentador se entiende cada dispositivo que se configura para suministrarle energía térmica al material dé plástico en el recipiente del reactor. Convenientemente se trata de un calentador inductivo el cual produce de manera inductiva calor al menos en partes del recipiente del reactor y/o en los componentes dispuestos en el espacio interior del recipiente del reactor. Esto tiene la ventaja que también es posible calentar bien las partes del reactor muy profundas en la dirección radial.

Por el dispositivo de guía se entiende en particular una estructura que se configura de manera que cada elemento de volumen considerado del material de plástico debe dar al menos una vez una vuelta completa alrededor del eje longitudinal. Naturalmente que esto sólo es aplicable para los componentes no transformados en gas del elemento de volumen considerado. En particular el dispositivo de guía se configura plano. Por ejemplo el dispositivo de guía se fabrica de una lámina metálica.

Por la característica de que el dispositivo de guía se configura para guiar el material de plástico licuado en una trayectoria helicoidal se entiende en particular que el dispositivo de guía está configurado de manera que obliga al material de plástico licuado a seguir una trayectoria que se extiende al menos dos veces, pero en particular varias veces alrededor del eje longitudinal del recipiente del reactor. Es posible, más no necesario, que el dispositivo reactor se configure en forma de tornillo. Por ejemplo, también es posible que el dispositivo de guía esté constituido de una multitud de láminas metálicas que por secciones se extienden sustancialmente horizontales y por secciones se extienden ascendentes. En este caso el material de plástico fluye en una trayectoria que solamente por secciones se extiende ascendente y por secciones sustancialmente horizontal.

Preferiblemente el reactor comprende un dispositivo de alimentación para alimentar material de plástico. Este dispositivo de alimentación se dispone preferiblemente en la proximidad del fondo. Puede comprender una extrusora mediante la cual se puede plastificar material de plástico.

De conformidad con la invención el recipiente del reactor comprende un caldo metálico. El caldo metálico puede comprender por ejemplo una aleación de ood. Por lo general es favorable que el caldo metálico tenga¦ un punto de fusión de 300°C como máximo.

Es conveniente que el reactor comprenda un condensador mediante el cual se pueden condensar los gases que abandonan el recipiente del reactor. Estos gases son la mayoría de las veces productos de descomposición del material de plástico. Es conveniente que el recipiente del reactor comprenda material de plástico en forma de poliolefina, la cual se introduce desde abajo en el recipiente del reactor, por ejemplo por vía del dispositivo de alimentación. Si la poliolefina se descompone entonces se produce un líquido similar al petróleo crudo que se puede quemar para fines de calentamiento o que está disponible para fines de síntesis.

De conformidad con una modalidad preferida, con respecto a "una sección transversal vertical el dispositivo de guía se extiende ascendente con el aumento de la distancia radial. Con otras palabras, el dispositivo de guía se configura entonces de manera que el material de plástico que incide sobre el dispositivo de guía se guía ascendente y radial al exterior. En este caso el gas que se produjo debido a la descomposición del material de plástico se acumula preferiblemente en el borde radial externo del dispositivo de guía .

Alternativamente es posible que con respecto a una sección transversal vertical el dispositivo de guía se extienda horizontal o en el caso de distancia radial en aumento se extienda dirigido hacia abajo. En este caso es conveniente que el reactor comprenda una columna central, de manera que el material guiado al interior no pueda fluir sobre el canto radial interno del dispositivo de guía y ascienda directamente hacia arriba.

También es posible que con respecto a una sección transversal vertical el dispositivo de guía se extienda por secciones horizontal, se extienda por secciones ascendente con la disminución de la distancia radial y/o se extienda por secciones ascendente con el aumento de la distancia radial. De esta manera es posible influir a discreción en el flujo del gas que se produce.

De conformidad con una modalidad preferida el dispositivo de guía está constituido al menos por secciones de material ferromagnético . Esto es particularmente favorable si el calentador es un calentador inductivo. Entonces el dispositivo de guía se calienta mediante el campo alterno electromagnético que emite el calentador inductivo, de manera que la temperatura es particularmente elevada en el entorno inmediato del dispositivo de guía. Es conveniente que el grosor del dispositivo de guía sea de . al menos 1 milímetro, para por una parte asegurar una suficiente estabilidad mecánica y por otra parte obtener un buen acoplamiento al campo alterno inductivo.

Preferiblemente el dispositivo de guía comprende escotaduras pasantes de abajo hacia arriba. En el caso de estas escotaduras se puede tratar de perforaciones, hendiduras o rendijas entre la escotadura y por ejemplo una parte interior del recipiente del reactor.

Es conveniente que las escotaduras al menos también se dispongan en el borde, en particular radiales al exterior y/o radiales al interior. Es conveniente en este aspecto que las escotaduras tengan una sección transversal pequeña o una anchura interior pequeña. Esto provoca que al material de plástico licuado se le opone una resistencia al flujo particularmente alta.

De conformidad con una modalidad preferida, el dispositivo de guía tiene una prominencia adyacente a al menos una parte de las escotaduras. Por esto se entiende que el dispositivo de guía se configura de manera que una superficie orientada hacia la escotadura es mayor de lo que sería un grosor del dispositivo de guía sin esta prominencia en el mismo punto. En particular esta prominencia está - constituida de material ferromagnético . Por ejemplo puede el dispositivo de guía comprender una lámina metálica en la que se fabrican las escotaduras. Entonces es posible que adyacentes a las escotaduras se suelden por ejemplo elementos prominentes .

Para mejorar el acoplamiento a un campo magnético variable se puede proponer preferiblemente que el recipiente de reactor comprenda material ferro-eléctrico al menos . en su lado orientado hacia el espacio interior o bien esté constituido de material ferro-eléctrico.

Es además favorable que el reactor comprenda elementos calentadores en su espacio interior, los cuales pueden comprender materiales ferro-eléctricos. En el caso de estos elementos calentadores se puede tratar por ejemplo de esferas. En general es conveniente que los elementos calentadores sean convexos, siendo que una esfera de envuelta de diámetro mínimo que encierra al elemento calentador en particular tiene un diámetro de 50 milímetros como máximo. Es además conveniente que este diámetro de esfera de envuelta sea de al menos 3 milímetros.

A continuación la invención se explica con mayor detalle mediante las figuras anexas. Muestran: Figura 1 un reactor de conformidad con la invención para llevar a cabo el método de conformidad con la invención.

Lá figura 1 muestra un reactor 10 de conformidad con la invención para gasificar material 12 de plástico, en particular polímeros de poliolefina. El reactor comprende un recipiente 14 del reactor por ejemplo sustancialmente cilindrico para calentar el material 12 de plástico que se introduce en el recipiente 14 del reactor por vía de una extrusora.

El reactor 10 comprende un calentador 18 en la forma de un calentador inductivo que tiene una multitud de bobinas 20.1, 20.2, 20.5, mediante las cuales se produce un campo magnético alterno en un espacio 22 interior del recipiente 14 del reactor. Las bobinas 20 (los símbolos de referencia sin sufijo numérico designan el objeto como tal) están conectadas con una unidad de suministro de corriente no dibujada que le aplica una corriente alterna a las bobinas. La frecuencia de la corriente alterna se encuentra por ejemplo en el intervalo de 25 a 50 kHz . Son posibles frecuencias mayores, pero sin embargo provocan el aumento del llamado efecto superficial, lo cual es indeseable.

En el espacio 22 interior del recipiente 14 del reactor se dispone un dispositivo 24 de guía mediante el cual el material 12 de plástico se guía en una trayectoria helicoidal alrededor del' eje L longitudinal del recipiente 14 del reactor. En el presente caso el dispositivo · de guía- se configura como tornillo.

El recipiente 14 de reactor se llena con un caldo 26 metálico que tiene un punto de fusión TSchmeiz = 300°C como máximo. El caldo metálico consta por ejemplo de metal de Wood. El caldo 26 metálico tiene por lo general una densidad superior a 9 gramos por centímetro cúbico, de manera que el material 12 de plástico sufre un impulso ascensional y es apretado desde abajo contra el dispositivo 24 de guía.

En virtud de la temperatura T en el recipiente 14 del reactor, el material 12 ¦¦ de plástico se descompone sucesivamente y forma burbujas 28.1, 28.2 ... de gas. El caldo 26 metálico puede tener un efecto catalítico sobre el proceso de descomposición, de manera que en caso del reactor 10 se puede tratar de un reactor de despolimerización termo-catalítico. En el caso del material de plástico se trata en particular de poliolefina que se despolimeriza bajo el influjo de la temperatura, de manera que las burbujas 28 de gas pueden contener entre' otras cosas alcanos, alquenos y alquinos .

Mediante la forma de tornillo del dispositivo 24 de guía, el material 22 de plástico se mueve en su' trayecto desde una abertura 30 de entrada, la cual preferiblemente se dispone en el fondo del recipiente 14 del reactor, en una trayectoria helicoidal, 'es decir ascendente en una trayectoria retorcida alrededor del eje L longitudinal. Por este motivo una dirección de flujo de la corriente del material 12 de plástico apunta hacia arriba en escritura vectorial y tiene" un fuerte componente periférico que es mayor que un componente radial .

La figura 1 muestra el reactor 10 en una sección transversal vertical. Se puede apreciar que con relación a esta sección transversal el dispositivo 24 de guía se extiende en dirección descendente según aumenta una distancia r radial del eje L longitudinal. Mediante ello el material 12 de plástico que incide sobre el dispositivo 24 de guía se guía radial al interior. Las burbujas 28 de gas se mueven en particular hacia el interior radial, en donde chocan con una columna 32. El dispositivo 24 de guía comprende una multitud de escotaduras 34.1, 34.2, a través de las cuales el gas puede escapar fácilmente hacia arriba.

Como lo muestra la imagen parcial en la figura 1, justamente a las escotaduras 34, por ejemplo la escotadura 34.3, se asocian prominencias 36.1, 36.2, las cuales en el presente caso se realizan mediante barras de hierro soldadas. En virtud de que el hierro es un material erromagnético, las prominencias 36 se calientan y una burbuja 28.3 de gas que pasa por la escotadura 34.3 se calienta de igual manera que el posible material de plástico que pasa. Por consiguiente la prominencia 36 tiene el efecto de que una superficie A orientada hacia la escotadura 34.3 es mayor que una superficie A1 que estaría orientada hacia la escotadura 34.3 si no existiera la prominencia 36. Con otras palabras, la prominencia 36 provoca un aumento del grosor D local.

En la figura 1 se dibuja esquemáticamente que en el borde 38 interno radial interior del dispositivo 24 de guía se puede configurar una escotadura 34.4 con la forma de una rendija pasante. En virtud de que con respecto a una vuelta de tornillo el punto más alto se encuentra en cada caso radial al interior, mediante esta escotadura que se encuentra radial al interior es posible- transportar gas hacia arriba de manera particularmente eficiente.

En su lado orientado hacia el espacio 22 interior, el recipiente 14 del reactor está constituido de un material ferromagnético, por ejemplo hierro o acero magnético. Adicionalmente también el dispositivo 24 de guía es de material ferromagnético, de manera que estos se calientan mediante el calentador 18 inductivo. El calentador 18 inductivo se configura de manera que resulta un gradiente de temperatura, siendo que la temperatura aumenta con el aumento de la altura. En el extremo inferior del recipiente 14 del reactor la temperatura es por lo general de aproximadamente T = 300 °C, siendo que en cambio en la región superior se encuentra en aproximadamente T = 450 °C.

El reactor 10 tiene un transportador 40 de suciedad que se dispone en el extremo superior del recipiente 14 del reactor. En virtud de que las impurezas típicas del material de plástico, por ejemplo arena, son más ligeras que el baño metálico, flotan a la superficie y se pueden extraer arriba. El reactor 10 comprende además una chimenea 42 de gas que desemboca en un condensador 44 y extrae el gas que se genera. El material líquido que sale del condensador 44 llega a un colector 46.

Un método de conformidad con la invención se lleva a cabo mediante el hecho de que por medio de la extrusora 16 el material 12 de plástico se precalienta a aproximadamente 250 °C. Después el material 12 de plástico parcialmente plastificado se introduce por vía de la abertura 30 de entrada al interior del recipiente 14 del reactor, y allí se calienta. En el recipiente 14 del reactor el material 12 de plástico se mueve ascendente en forma de tornillo y es gasificado. Como material de plástico se usa preferiblemente poliolefina. Pero también es posible usar otros polímeros. Es favorable que se trate de plásticos antropógenos, en particular de materiales de plástico sustancialmente libres de agua. En virtud de la tendencia a. la carbonización el reactor 10 por lo general es poco adecuado para la transformación de material orgánico.

Si el material 12 de plástico' se debe purificar, entonces el baño 26 metálico se lleva a una temperatura a la que el material 12 de plástico no se descompone, pero en cambio si las impurezas que contiene.

Lista de símbolos de referencia 10 Reactor 12 Material de plástico 14 Recipiente del reactor 16 Extrusora 18 Calentador 20 Bobina 22 Espacio interior 24 Dispositivo de guía 26 Caldo metálico 28 Burbujas de gas 30 Abertura de entrada 32 Columna 34 Escotadura 36 Prominencia 38 Borde interno 40 Transportador de suciedad 42 Chimenea de gas 44 Condensador 46 Colector L Eje longitudinal T Temperatura Tschmeiz Temperatura de fusión r Distancia radial A Superficie D Grosor Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Reactor para gasificar y/o purificar, en particular para despolimerizar, material de plástico, que comprende (a) un recipiente del reactor para recibir el material de plástico, (b) siendo que el recipiente del reactor comprende un caldo metálico, (c) un calentador para calentar el material de plástico en el recipiente del reactor, caracterizado porque comprende (d) un dispositivo de guía dispuesto en un espacio interior del recipiente del reactor para ' guiar material de plástico licuado en el recipiente del reactor, (e) siendo que el dispositivo de guía se configura para guiar . el material de plástico licuado en una trayectoria helicoidal .

2. Reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de guía tiene forma de tornillo.

3. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, con relación a una sección transversal vertical el dispositivo de guía se extiende ascendente con el aumento de la distancia radial, de manera que el material de plástico licuado que incide contra el dispositivo de guía se guía radial al exterior .

4. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de guía está constituido al menos por secciones de material ferromagnético .

5. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de guía comprende escotaduras pasantes de abajo hacia arriba.

6.. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de guía comprende una protuberancia adyacente a al menos una escotadura .

7. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el recipiente del reactor comprende material ferro-eléctrico al menos en su lado orientado hacia el interior.

8. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende en su interior elementos calentadores que tienen material ferro-magnético .

9. Método para descomponer al menos parcialmente, en particular para despolimerizar, y/o purificar material de plástico, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) introducir el material de plástico en un recipiente del reactor que se extiende a lo largo de un eje longitudinal y comprende un caldo metálico, (b) calentar el material de plástico mediante un calentador, (c) mediante un dispositivo de guía dispuesto en un espacio interior del recipiente del reactor guiar el material de plástico en una trayectoria alrededor del eje longitudinal del recipiente del reactor.

10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el material de plástico está constituido en su mayor parte de poliolefina sólida a 23 °C.