MX2013004884A - Reactor y metodo para la descomposicion al menos parcial, en particular la despolimerizacion, y/o purificacion de material de plastico. - Google Patents

Reactor y metodo para la descomposicion al menos parcial, en particular la despolimerizacion, y/o purificacion de material de plastico.

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Abstract

La invención se refiere a un 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 y un calentador (18) para calentar el material (12) de plástico en el recipiente (14) del reactor, siendo que el recipiente del reactor se llena al menos parcialmente con un caldo (26) metálico. De conformidad con la invención se proporciona un dispositivo (24, 32) de freno dispuesto en un espacio (22) interior del recipiente (14) del reactor para desacelerar un flujo de material (12) de plástico licuado en el recipiente (14) del reactor, siendo que el dispositivo (24, 32) de freno comprende una multitud de cuerpos (25) que se disponen móviles en el espacio (22) interior.

Description

REACTOR Y METODO PARA LA DESCOMPOSICION AL MENOS PARCIAL, EN PARTICULAR LA DESPOLIMERIZACION, 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, con (a) un recipiente del reactor para recibir el material de plástico, (b) un calentador para calentar el material de plástico en el recipiente del reactor, (c) siendo que el recipiente del reactor se llena al menos parcialmente con un caldo metálico. De conformidad con un segundo aspecto, la invención se refiere a un método para la descomposición al menos parcial, en particular 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, lo cual es indeseable por motivos ecológicos.
Por el documento US 5,436,210 A se conoce un dispositivo para tratar desecho en el cual el desecho se REF. 24091 1 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 en que se funda son diferentes.
Un reactor del tipo genérico se conoce por el documento EP 2 161 299. En este reactor los desechos de plástico se introducen en un caldo metálico mediante el cual se calientan y despolimerizan . La desventaja en un reactor de este tipo es que una tasa de despolimerización elevada presupone reactores muy grandes .
Por el documento DE 10 2007 059 967 Al se conoce un método para llevar a cabo reacciones químicas mediante un medio térmico de calentamiento inductivo. A diferencia del reactor de la presente invención, el método descrito se refiere a una síntesis más no a una despolimerización.
Por el documento DE 23 28 545 A se conoce un reactor para la pirólisis de materiales de desecho en el cual a los materiales de desecho se adicionan esferas. Las esferas se calientan mediante un calentador inductivo. Este reactor no tiene un caldo metálico.
Por el documento WO 2004/106 277 Al se conoce un reactor de despolimerización en el cual igualmente se proporcionan esferas para el calentamiento mediante un calentador inductivo. Tampoco este reactor comprende un baño metálico .
Un reto particular para la recuperación de material de plástico lo constituyen las impurezas. Por lo tanto es necesario asegurar que las posibles impurezas como por ejemplo arena, residuos orgánicos o lo similar no menoscaben el proceso de recuperación.
La invención tiene por objeto reducir las desventajas del estado de la técnica.
La invención resuelve el problema mediante un reactor que comprende un dispositivo de freno dispuesto en el espacio interior del recipiente del reactor para desacelerar un flujo de material de plástico licuado en el recipiente del reactor, siendo que dispositivo de freno comprende una multitud de cuerpos que se disponen móviles en el espacio interior .
La ventaja de la invención es que el dispositivo de freno se puede configurar de manera que obliga al material de plástico a seguir una trayectoria en forma de meandro. Entonces, en virtud de la existencia del dispositivo de freno el material de plástico recorre un trayecto largo, de manera que reacciona químicamente en gran parte. O sea que mediante la multitud de los cuerpos móviles dispuestos en el espacio interior, el material de plástico calentado y mediante ello licuado debe recorrer un largo trayecto esquivando los cuerpos para pasar por el reactor. Esto conduce a un elevado rendimiento de productos de descomposición.
Una ventaja adicional es que los cuerpos se disponen libremente móviles y por lo tanto se pueden mover relativamente uno a otro. Es cierto que las impurezas del material de plástico se pueden depositar sobre los cuerpos, pero sin embargo debido a los continuos choques uno con otro de los cuerpos los posibles depósitos se desprenden rápidamente y pueden abandonar el reactor hacia arriba.
Es favorable además que los cuerpos pueden formar superficies reactivas, lo cual puede acelerar la reacción química en el reactor. Así, los cuerpos pueden comprender un revestimiento con un catalizador.
Dentro del aspecto de la presente descripción se entiende por reactor en particular un reactor de despolimerización termo-catalítico. Esto es 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 la impureza se descompone pero no se influye en el material de plástico.
Por el calentador se entiende cada dispositivo que se configura para suministrarle energía térmica al material de 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 freno se entiende en particular la totalidad de elementos parciales, nombrados cuerpos, que al menos también están dispuestos en el recipiente del reactor de manera que un flujo de material de plástico licuado se desacelera desde un punto de entrada a un punto de salida. Por la multitud de cuerpos móviles se entiende en particular que están presentes al menos 1000, en particular al menos 10,000 de este tipo de cuerpos.
Por la característica de que los cuerpos se disponen móviles en el espacio interior se entiende en particular que los cuerpos se pueden mover libremente al menos con un grado de libertad. Es particularmente conveniente que los cuerpos se puedan mover libremente con dos, tres o más grados de libertad. Sin embargo esto no excluye que a los cuerpos se les impida poder llegar a cada punto en el espacio interior. En particular es posible que existan dispositivos de retención que impiden que los cuerpos se muevan libremente en cada sitio en el espacio interior del recipiente del reactor. También es posible que los cuerpos individuales se fijen, por ejemplo mediante elementos de fijación flexibles, pero sin embargo esto es costoso.
En el caso de los cuerpos se trata en particular de cuerpos que se pueden manejar a granel, es decir que los cuerpos no se engranan mutuamente sino que pueden resbalar uno sobre otro. Para este propósito los cuerpos se configuran en particular convexos, por ejemplo similares a esferas. Por esto se entiende en particular que el radio de una esfera envolvente imaginaria de diámetro mínimo, la cual encierra completamente el cuerpo tiene como máximo el doble de tamaño de radio de la mayor esfera imaginaria que se puede inscribir en el cuerpo.
De conformidad con una modalidad preferida, los cuerpos están constituidos al menos en su mayor parte de material ferromagnético . Si el calentador es un calentador inductivo, los cuerpos se calientan mediante ello, de manera que en la superficie de los cuerpos puede tener lugar una reacción química particularmente intensiva.
Este caldo metálico tiene preferiblemente un punto de fusión inferior a 150 °C. Pero sin embargo también es posible seleccionar un caldo metálico cuyo punto de fusión se encuentra por debajo de 250 °C o incluso por debajo de 300°C.
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. Es conveniente que la extrusora se disponga de manera que bombea el material de plástico al espacio interior del recipiente del reactor en la proximidad del fondo del recipiente del reactor.
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 por ejemplo productos de descomposición del material de plástico. Es conveniente que el recipiente del reactor comprenda 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, el reactor comprende al menos un dispositivo de retención para impedir que las esferas floten en la superficie. Por lo general los caldos metálicos con un punto de fusión por debajo de 300 °C tienen una densidad que se encuentra por arriba de 8 gramos por centímetro cúbico. Si, como se propone en una modalidad preferida se usan cuerpos de acero, entonces estos sufren en el caldo metálico un impulso ascensional. Los dispositivos de retención se proporcionan para evitar que los cuerpos suban hasta la superficie del caldo metálico. Para que los gases que se generan durante la reacción puedan abandonar rápidamente del recipiente de reactor, el dispositivo de retención preferiblemente comprende una multitud de perforaciones que se configuran de manera que los cuerpos son retenidos pero el gas puede circular libremente.
Preferiblemente el mínimo de un dispositivo de retención se conecta con al menos un dispositivo de movimiento para mover el dispositivo de retención hacia arriba y abajo. Esto permite mover el dispositivo de retención y con ello los cuerpos que están en contacto con el dispositivo de retención, de manera que los cuerpos entran en contacto uno con otro y se erosionan los posibles depósitos sobre los cuerpos .
El dispositivo de movimiento puede comprender por ejemplo una o varias varillas que se extienden a lo largo de un eje longitudinal del recipiente del reactor.
De manera particularmente preferida el dispositivo de retención se conecta con un mecanismo de accionamiento, de manera que el dispositivo de retención se puede mover en forma oscilante. Un movimiento oscilante desprenden las impurezas de los cuerpos y provoca el desprendimiento de burbujas de gas, de manera que se acelera la liberación de los gases que se generan.
Se obtiene un movimiento particularmente eficiente de los cuerpos si se proporcionan una multitud de dispositivos de retención, los cuales se pueden mover o hacer oscilar automáticamente independientemente uno de otro, en particular a lo largo del eje longitudinal del recipiente del reactor.
En particular si el recipiente del reactor dispone de un dispositivo de introducción de material de plástico en el fondo, la viscosidad del material de plástico varía de manera que la viscosidad (tenacidad) disminuye hacia arriba. Para que no obstante se obtenga un efecto de frenado sustancialmente invariable mediante los cuerpos, de conformidad con una modalidad preferida se propone que un radio promedio de los cuerpos disminuya con el aumento de la altura. Por el radio de los cuerpos se entiende el radio de una esfera ideal de igual volumen. En cuanto los cuerpos no tengan todos el mismo radio, por el radio correspondiente siempre se entiende la media del contraste de los radios.
Es conveniente que el material de plástico esté constituido al menos en su mayor parte de poliolefina sólida a 23 °C. Pero sin embargo también es posible usar otros plásticos que no contienen halógenos. Sin embargo es posible usar en un grado porcentual limitado, por ejemplo inferior a 10% en peso, plásticos que contienen halógeno.
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.
La 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, el cual 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 freno, mediante el cual se puede desacelerar el flujo de material 12 de plástico licuado en el recipiente 14 del reactor. El dispositivo 24 de freno comprende una multitud de cuerpos 25.1, 25.2, dispuestos de manera móvil en el espacio 22 interior, los cuales en el presente caso están constituidos por esferas de acero. En virtud de sus propiedades ferromagnéticas , los cuerpos 25 son calentados mediante el calentador 18 inductivo y con ello calientan un caldo 26 metálico existente en el recipiente 14 del reactor.
El caldo 26 metálico tiene un punto de fusión Tschmeiz = 300 °C como máximo y se introduce en el recipiente 14 del reactor hasta un nivel de altura Hfün . Junto con el material de plástico llena los espacios intermedios del cuerpo 25. El caldo metálico consta por ejemplo de metal de ood, de la aleación Lipowitz, de la aleación Newton, de la aleación Lichtenberg y/o de una aleación que comprende galio e indio. 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 fuerte impulso ascensional. Mediante este impulso ascensional se acelera el material 12 de plástico. Los cuerpos 25 actúan en contra de esta aceleración.
En virtud de la temperatura T en el recipiente 14 del reactor el material 12 de plástico se descompone sucesivamente y forma burbujas 28 de gas, las cuales ascienden. El caldo 26 metálico puede tener un efecto catalítico sobre el proceso de descomposición, de manera que en el caso del reactor 10 se trata de un reactor de despolimerización termo-catalítico. El material de plástico alimentado mediante la extrusora 16 llega al espacio 22 interior por vía de una abertura 30 de entrada que preferiblemente se dispone en el fondo del recipiente 14 del reactor. En el caso del material de plástico se trata en particular de poliolefina.
El dispositivo 24 de freno comprende dispositivos 32.1, 32.2 de retención que en el presente caso son celosías extendidas en marcos 34.1, 34.2, cuyas mallas son tan pequeñas que los cuerpos 25 no pueden pasar hacia arriba. El dispositivo 32.2 de retención está conectado con un dispositivo 36 de movimiento que tiene varillas 38 que se extienden a lo largo de un eje L longitudinal del recipiente 14 del reactor, las cuales se fijan a motores excéntricos no dibujados, los cuales se pueden encontrar sobre una parte superior del recipiente 14 del reactor. En el presente caso las varillas 38 se conectan por vía de fuelles con el recipiente 14 del reactor. Mediante estos motores excéntricos no dibujados es posible mover las varillas hacia arriba y hacia abajo, de manera que también el dispositivo 32 de retención se puede mover oscilante hacia arriba y hacia abaj o .
La distribución de los cuerpos 25, en el presente caso las esferas, se dibuja en la figura 1 de manera meramente esquemática. En virtud de su impulso ascensional estas se agolpan densamente contra los dispositivos 32 de retención que en cada caso se encuentran encima, y directamente por encima de un dispositivo de retención la densidad de las esferas es notablemente menor. Además, en la figura 1 los cuerpos 25 se dibujaron con un radio R constante. Sin embargo es particularmente favorable que el radio R disminuya hacia arriba.
El recipiente 14 del reactor está constituido en su lado orientado hacia el espacio 22 interior de un material ferromagnético, por ejemplo de hierro o acero magnético. El calentador 18 inductivo se configura de manera que resulta un gradiente de temperatura en que la temperatura aumenta con el incremento de la altura. En el extremo inferior del recipiente 14 del reactor la temperatura por lo general es 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.
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 freno 25 Cuerpo 26 Caldo metálico 28 Burbuja de gas 30 Abertura de entrada 32 Dispositivo de retención 34 Marco 36 Dispositivo de movimiento 38 Varilla 40 Eliminador de suciedad 42 Chimenea de gas 44 Condensador 46 Colector Tschmeiz Temperatura de fusión T Temperatura L Eje longitudinal R Radio de esfera Hfüii Nivel de llenado 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 (10)

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 y (b) un calentador para calentar el material de plástico en el recipiente del reactor, (c) siendo que el recipiente del reactor se llena al menos parcialmente con un caldo metálico, caracterizado porque comprende (d) un dispositivo de freno dispuesto en un espacio interior del recipiente del reactor para desacelerar un flujo de material de plástico licuado en el recipiente del reactor, (e) siendo que el dispositivo de freno comprende una multitud de cuerpos que se disponen móviles en el espacio interior.
2. Reactor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los cuerpos que están constituidos de material ferromagnético .
3. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de freno se configura de manera que obliga al material de plástico licuado a moverse en una trayectoria con forma de meandro.
4. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el calentador es un calentador inductivo.
5. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende al menos un dispositivo de retención para evitar que los cuerpos, en particular las esferas, floten a la superficie.
6. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mínimo de un dispositivo de retención está conectado con al menos un dispositivo de movimiento para mover el dispositivo de retención hacia arriba y hacia abajo.
7. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo de retención está conectado con un accionamiento, de manera que el dispositivo de retención se puede mover en forma oscilante, en particular a lo largo de un eje longitudinal del recipiente del reactor.
8. Reactor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una multitud de dispositivos de retención que se pueden mover automáticamente en forma oscilante independientemente uno de otro, en particular a lo largo de un eje longitudinal del recipiente del reactor.
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 al menos parcialmente se llena con un caldo metálico, y (b) calentar el material de plástico mediante un calentador, y (c) desacelerar un flujo de material de plástico licuado en el recipiente del reactor por medio de un dispositivo de freno dispuesto en el espacio interior del recipiente del reactor que comprende una multitud de cuerpos que se disponen móviles en el espacio interior.
10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el reactor se opera de manera que una parte de un volumen que los cuerpos ocupan de un volumen del recipiente del reactor hasta el nivel de llenado del caldo metálico se encuentra en al menos 15%.
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