WO2008126026A2 - Procedimiento para el tratamiento de envases tipo brik, en especial del residuo de metal y plastico que comprenden dichos envases, y reactor de pirolisis para llevar a cabo dicho procedimiento - Google Patents

Procedimiento para el tratamiento de envases tipo brik, en especial del residuo de metal y plastico que comprenden dichos envases, y reactor de pirolisis para llevar a cabo dicho procedimiento Download PDF

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Martin Olazar Aurrecoechea
Javier Bilbao Elorriaga
Jose Leandro Martinez Camus
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Energy & Environment Consulting, S. L.
Universidad Del Pais Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the treatment of BRIK type containers, especially of the metal and plastic waste comprising said containers, and to a pyrolysis reactor for carrying out said process.
  • BRICK containers such as those commercially called TetraBRIK, are made of a material composed of an aluminum sheet coated on both sides with a plastic film, usually low density polyethylene, which in turn is covered by An outer layer of paper.
  • a plastic film usually low density polyethylene
  • An outer layer of paper usually low density polyethylene
  • the recycling of the BRICK-type containers goes through the recovery of the outer layer of paper, a process that is relatively easy.
  • the recovery of the layer of plastic and metal is very difficult to carry out and economically very unprofitable, so aluminum and plastic sheets constitute a waste that ends up being managed by landfill.
  • the Spanish patent ES 2130040 describes a procedure for recycling used BRIK type containers that aims to recover aluminum and the energy recovery of plastic comprising said waste.
  • the process described in the aforementioned patent proposes to carry out the low temperature pyrolysis of the aluminum and plastic waste of said containers.
  • the product to be treated is made pass through a chamber whose walls are at a temperature between 300 0 C and 500 0 C. These walls are inclined to collect in a container the heavy fraction (waxes) of the pyrolysis of the plastic while the light fraction (combustible gases) it drags through the use of an inert gas to a collector.
  • the path that the residue takes in the reactor is planned long enough so that in the end the polyethylene-free aluminum remains.
  • Said reactor contains a series of plates through which the heating gas circulates.
  • the upper surface of the plates is concave, with a hole in the vertex through which the shaft passes and in which the heavy fraction of the pyrolysis drains apart from the aluminum.
  • the aluminum sheets that remain on the plates are pushed by a rake from an upper plate to a lower one.
  • the objective of the present invention is to solve the aforementioned drawbacks, developing a process and reactor for the treatment of BRICK type packages that is very simple and highly energy efficient and material.
  • the present invention provides a method for the treatment of BRICK type containers, especially of the metal and plastic waste comprising said containers, which comprises the step of carrying out the pyrolysis of said residue and the step of recovering said metal from the pyrolysis of the residue.
  • the process is characterized by the fact that said pyrolysis is carried out in the presence of a cracking catalyst and under suitable conditions to allow the total conversion to gas, under reactor conditions, of the plastic comprising said residue, and by the fact that it also includes the stage of recovering said gas for its energy and / or material use.
  • the process of the present invention has the advantage that it allows to recover in a simple and very efficient way all the metal of the containers, since all the plastic of the waste is converted to gas that can be used, either for its recovery energy or material, so no waxes are generated that should be treated later.
  • the metal can be separated for recovery in the same pyrolysis reactor, without the need for subsequent treatments and, on the other hand, the gas obtained can be easily recovered for recovery.
  • said metal is aluminum and, again, preferably the pyrolysis of the process of the present invention is carried out by the so-called spout bed contact system.
  • the system that basically consists in arranging the solid to be treated (plastic and metal, in this case) in a bed through whose base the entrainment gas enters, and in use, instead of the classic distribution plate characteristic of fluidized beds, a hole through which said gas passes, opening a channel through which it rises.
  • the solid to be treated which can to be fed by the upper part, it is circulating covering a cycle composed of a descending stage in the annular zone of the bed that surrounds said channel, and an ascending stage in the zone of the channel, driven by the gas.
  • the spout bed contact system applied to the pyrolysis process of the described process offers numerous advantages. Among them, the most surprising, is the fact that it allows to easily segregate the metal from the bed, without the need to extract the catalyst. In fact, the spout bed system allows the particles to be segregated according to their density or size, since particles of lower density, such as aluminum, describe wider paths in the source, so that they can be collected by arranging, for example, an inclined channel in the wall of the pyrolysis reactor.
  • Another advantage of the spout bed system is the fact that it allows the continuous operation of the reactor, so that it is not necessary to stop the operation to carry out the loading of the solid to be treated and the discharge of the catalyst.
  • the spout bed system also has other advantages. Among them, the fact that it allows to effectively treat solids of irregular texture and with tendency to agglomeration, characteristics that are common to granular materials (for example, plastic-type waste), since the action of high speed in said system Breaks the agglomerates. Similarly, larger particles can be processed than those processed in fluidized bed systems.
  • said cracking catalyst is selected to obtain hydrocarbons and said energy use of the recovered gas comprises the step of generating energy electrical by means of a cogeneration equipment fed substantially from hydrocarbons from said gas.
  • the process of the present invention has the advantage that it has a very high energy efficiency and is very economically profitable, since all the plastic of the waste is converted into a fuel (liquid or gas) prepared for use in the cogeneration equipment that produces electrical energy and thermal energy.
  • cogeneration equipment preferably thermoelectric cogeneration equipment
  • the "in situ" use of thermal energy allows very high global energy yields.
  • said catalyst is selected to obtain hydrocarbons of a molecular size suitable for use as a fuel in said cogeneration equipment and, preferably, the molecular size of said hydrocarbons is such that the molecules have less than 25 carbon atoms.
  • said catalyst comprises zeolites with good cracking properties.
  • the process comprises the step of recovering the carbon dioxide from the flue gases of said cogeneration equipment and, advantageously, said recovery is carried out by means of a chemical absorption and extraction system.
  • said process comprises the step of recirculating a part of the gas generated in the pyrolysis for the fluidization of the bed and for the heat input, the temperature of said gas recirculated being maintained by thermal energy from the post-combustion of the gases of escape of said cogeneration equipment. Thanks to this, the pyrolysis operation can be maintained autothermally without the need for an external heat input, so the process can be self-sufficient.
  • the process comprises the step of cooling the gas generated under reactor conditions to obtain the hydrocarbons that feed said cogeneration equipment, and said cooling is carried out by means of an absorption refrigerating equipment that uses thermal energy, preferably hot water , from the same cogeneration team.
  • the metal and plastic of the packages is crushed, washed and dried before proceeding with pyrolysis, and the thermal energy necessary to carry out said drying comes from said cogeneration equipment.
  • the process comprises the step of using thermal energy from said cogeneration equipment to meet thermal needs of at least one parallel process of waste or product treatment.
  • said parallel process comprises the stage of desalination of brackish water by means of a thermal evaporation desalination system and / or the step of treating cellulosic products from said packaging
  • the process has the advantage that, in addition to electrical energy, it can generate excellent quality drinking water, and the advantage that cellulosic waste from the cardboard roof that has the BRICK type containers can be treated by taking advantage of the energy generated with cogeneration equipment.
  • the present invention provides a pyrolysis reactor to carry out the claimed process.
  • Said reactor comprises means for collecting the metal from the pyrolysis of the residue, and is characterized by the fact that it also comprises the so-called spout bed contact system that allows the bed metal to be segregated without the need to extract the catalyst.
  • a reactor that allows the metal, preferably aluminum, to be segregated from said containers in a very easy and efficient way.
  • the spout bed system allows the particles to be segregated according to their density or size, since the particles of lower density, such as aluminum, describe broader paths at the source.
  • said reactor comprises a wall with an inverted trunk-conical configuration, the lower part of said wall comprising the gas inlet to move the bed. This configuration improves the efficiency of the pyrolysis operation, since it allows to increase the operating gas flow range, work with wider distributions of particle sizes and treat a higher rubber flow rate for a given volume.
  • less temperature is required to carry out the catalytic pyrolysis and, consequently, This considerably reduces the energy needs of the process.
  • said inverted truncated conical reactor comprises a cylindrical upper extension of the same section as the conical zone which has the function of collecting the solids carried by the gas that arises from the center of the bed (plastic, metal and catalyst).
  • the pyrolysis reactor zone occupied by the cracking catalyst and forming the bed comprises a central device consisting of two rings located one in the upper area of the conical chamber and another in the upper cylindrical extension. Said device allows to treat both materials with narrow granular distributions (little variation in particle diameters) and very heterogeneous mixtures, that is, which allows granulometric fractions with different sizes to be pyrolyzed in a single operation.
  • the wall of said reactor comprises said means for collecting the separated metal. In this way, the metal particles that are those that describe the widest paths are easily collected in the means arranged in the wall.
  • said means for collecting the metal comprise means for allowing the segregated metal to leave continuously. In this way, metal recovery is very efficient and profitable.
  • said reactor comprises means for hot filtering the gases generated under reactor conditions. This avoids the dragging of metal and, therefore, the contamination of the pyrolysis gases with the metal.
  • the packages capable of being treated in the process of the present invention will preferably be used BRICK containers supplied by waste management companies.
  • the BRICK containers that are currently known are formed by a material composed of a sheet of metal, hitherto aluminum, coated on both sides with a plastic film, usually low density polyethylene, which in turn it is covered by an outer layer of cardboard paper.
  • This layer of cardboard paper is easily separable by means of equipment that uses water (for example: hydropulper), to generate a paste of cardboard that is capable of being used by the paper industry.
  • the aluminum and plastic sheets of the packages constitute the waste that is the object of treatment of the process of the present invention.
  • a preferred embodiment of the process is described in which the residue is treated in a pyrolysis reactor 1 which includes the spout bed contact system and in which the gas from the pyrolysis is energetically recovered as fuel of a device of cogeneration that produces electrical energy and thermal energy.
  • the aluminum and plastic sheets are washed, dried with hot air and crushed in order to achieve a homogeneous granular material in composition and granulometry that is suitable for feeding the reactor 1 or pyrolysis reactor.
  • the particle size depends on the geometry of the reactor 1, the spout bed technology proposed in this embodiment allows to work with particle sizes larger than those of other reactors, which means an energy saving at this stage that results in the final energy efficiency of the process.
  • waste wash waters (aluminum and plastic sheets) are treated in a sewage treatment plant and the sludge generated therein, also dried with hot air and sent to an inert landfill.
  • the type of catalyst and the conditions in which the pyrolysis is carried out are suitable to allow the total conversion to gas, under reactor conditions, of the plastic presented in said sheets, so that with the process of the present invention , no waxes are generated.
  • the bed of catalyst particles that is arranged inside reactor 1 is prepared based on zeolites with good cracking properties (HZSM5, ⁇ , HY), and with a particle diameter that depends of the specific geometry of said reactor 1.
  • the spout bed technology is based on the creation of a central gas channel or jet that it forces the particles to describe cycles, avoiding dead zones (without material circulation).
  • this technology applied to the process of the present invention has the advantage that it allows to easily segregate the aluminum from the bed, without the need to extract the catalyst. This is due to the fact that the displacement of the particles varies depending on their density.
  • particles of lower density, such as aluminum describe broader paths at the source, so that they can be discriminated and separated from the rest, for example, providing a channel 3 in the wall of reactor 1 or reactor of pyrolysis, as can be seen in the attached figure.
  • the channel 3 can be designed as an overflow to allow the continuous exit of the aluminum.
  • the pyrolysis reactor 1 with which the procedure described is carried out, has an inverted trunk-conical configuration 4 with a cylindrical upper extension 5 which is intended to collect solids carried by the gas that arises from the center of the bed.
  • the trunk-conical section 4 of the reactor 1 has very particular dimensions and design of the gas inlet 6 that allow to achieve maximum gas-solid contact efficiency, a minimum loss of load and a uniformity of the solids to be treated.
  • the angle of inclination ⁇ corresponding to the inverted truncated conical part 4 of the reactor 1 is between 28 ° and 50 °; and that the relationship between the diameter of the gas inlet 6 and the diameter of the base 7 of the trunk-conical part 4 is between 1/2 and 5/6. It is also provided that the gas flow at the inlet 6 is between 1.5 and 2 times higher than that corresponding to a predetermined minimum speed, depending on the specific properties of the material that forms the bed and the geometric factors of the reactor 1 itself.
  • the ratio between the diameter of the gas inlet 6 to the reactor 1 and the diameter of said particles should preferably be between 2 and 30.
  • the relationship between the diameter of the inlet 6 and the particle diameter is greater than 30.
  • This device 8 consists of two rings 9,10 of the same diameter as the inlet 6 of the pyrolysis chamber 1. One of them is flush to the top of the cone 4 and the other is above the cone 4. Both 9.10 are attached by three ribs 11 to the base 7 of the chamber or reactor 1.
  • the purpose of the lower ring 9 is achieve the opening of the central channel and the consequent stability of the bed.
  • the upper ring 10 prevents the height of the source from being excessively high, a situation that occurs when the particles are light or small.
  • a baffle 12 is placed at the top of the cylindrical section 5.
  • the central device 8 described in the previous paragraph has the advantage that it allows to treat both materials with narrow granular distributions (little variation in particle diameters) and very heterogeneous mixtures, that is, that allows granulometric fractions with different sizes to be pyrolyzed in a single operation. .
  • the process proposed in the present invention enables, on the one hand, the complete conversion to gas of all the plastic from the waste and, on the other, the continuous separation of the aluminum in the reactor 1 through the channel / overflow 3 .
  • the cracking catalyst used is selected to obtain hydrocarbons and, preferably, hydrocarbons of a molecular size such that the molecules have less than 25 carbon atoms.
  • two types of equipment will preferably be used, one that uses hydrocarbons in the gas state and the other, hydrocarbons in the liquid state.
  • Such equipment can perform cogeneration either through the system of alternative internal combustion engines or through the combined cycle system that uses gas and steam turbines and a boiler.
  • any system capable of generating electricity and thermal energy from a fuel may be suitable.
  • a part of the pyrolysis gas produced is recirculated to the pyrolysis reactor 1 to move the bed and provide heat.
  • the thermal energy to maintain the temperature level of the recirculated pyrolysis gases is obtained from the post-combustion of the exhaust gases of the cogeneration equipment, since, as is known, the temperature of said gases ( smoke to 42O 0 C with 12% oxygen) can be increased up to 600 0 C by performing post-combustion by providing additional oxygen.
  • the recirculation of pyrolysis gas at 600 0 C has the advantage that it allows the pyrolysis operation to be maintained autothermally without the need for an external heat input, which greatly increases the process performance, and allows it to be self-sufficient from the point of energy view.
  • the thermal energy necessary to dry both the aluminum and plastic waste and the sludge from the water treatment plant is obtained from a system that recovers the heat of the cooling circuits of the alternative engines of the cogeneration equipment and of the combustion fumes of said engines, or of the steam turbine condensates of the combined cycle.
  • thermal energy from cogeneration is used to obtain drinking water by means of a brackish water desalination system by thermal evaporation.
  • multistage that uses hot water obtained from the exhaust gases of the alternative engines of cogeneration equipment.
  • a part of the thermal and electrical energy generated by the process will be used to treat cellulosic products from packaging.
  • the process described also foresees the recovery and concentration of carbon dioxide from the combustion fumes of cogeneration equipment, by means of a chemical absorption and extraction system that, preferably, uses a monoethanolamine solution at 30 %.
  • the exhaust gas from the system is cooled and compressed until the carbon dioxide is liquefied and then stored in tanks.
  • the wealth of the gas obtained exceeds 99.8% of carbon dioxide.
  • the process of the present invention constitutes an integral process of treatment of BRICK-type packages that fully recovers the aluminum of said containers, and obtains, in addition to electrical energy, also other products such as, for example, drinking water and liquid carbon dioxide.
  • the treatment process of the present invention is very economically profitable, since it allows to treat a significant amount of waste with maximum energy and material efficiency, so it constitutes a real alternative to the pouring of metal and plastic waste from type containers BRICK
  • Paper pulp 10,687,500 Kg / year Aluminum: 3,562,500 Kg / year Electric power: 9,783,302 kWh / year Drinking water: 636,741 m 3 / year Carbon dioxide: 2,739 t / year

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Abstract

El procedimiento comprende Ia etapa de llevar a cabo Ia pirólisis de dicho residuo y Ia etapa de recuperar dicho metal procedente de Ia pirólisis, y se caracteriza por el hecho de que dicha pirólisis se lleva a cabo en presencia de un catalizador de craqueo y en una condiciones adecuadas para permitir Ia conversión total a gas, en condiciones de reactor (1), del plástico que comprende dicho residuo, y por el hecho de que comprende, además, Ia etapa de recuperar dicho gas para su aprovechamiento energético y/o material. El reactor se caracteriza por el hecho de que comprende el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor que permite segregar dicho metal del lecho sin necesidad de extraer el catalizador.

Description

PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO DE ENVASES TIPO BRIK, EN
ESPECIAL DEL RESIDUO DE METAL Y PLÁSTICO QUE COMPRENDEN DICHOS ENVASES, Y REACTOR DE PIRÓLISIS PARA LLEVAR A CABO
DICHO PROCEDIMIENTO
La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de envases tipo BRIK, en especial del residuo de metal y plástico que comprenden dichos envases, y a un reactor de pirólisis para llevar a cabo dicho procedimiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los envases tipo BRICK, como por ejemplo los denominados comercialmente con la marca TetraBRIK, están formados por un material compuesto por una hoja de aluminio recubierta por ambas caras con una película de plástico, habitualmente polietileno de baja densidad, que a su vez está recubierta por una capa exterior de papel. Actualmente, el reciclaje de los envases tipo BRICK pasa por la recuperación de la capa exterior de papel, proceso que resulta relativamente fácil. Sin embargo, la recuperación de la capa de plástico y de metal resulta muy difícil de llevar a cabo y económicamente muy poco rentable, por lo que las láminas de aluminio y plástico constituyen un residuo que acaba gestionándose mediante depósito en vertedero.
La patente española ES 2130040 describe un procedimiento de reciclaje de envases usados tipo BRIK que pretende la recuperación del aluminio y la valorización energética del plástico que comprenden dichos residuos. El proceso descrito en la citada patente propone realizar la pirólisis a baja temperatura del residuo de aluminio y plástico de dichos envases. En la citada patente, el producto a tratar se hace pasar por una cámara cuyas paredes se encuentran a una temperatura comprendida entre 3000C y 5000C. Dichas paredes están inclinadas para recoger en un recipiente la fracción pesada (ceras) de la pirólisis del plástico mientras que la fracción ligera (gases combustibles) se arrastra mediante la utilización de un gas inerte hasta un colector .
El recorrido que realiza el residuo en el reactor se ha previsto suficientemente largo de forma que al final queda el aluminio libre de polietileno. Dicho reactor contiene una serie de platos por cuyo interior circula el gas de calentamiento. La superficie superior de los platos es cóncava, con un orificio en el vértice por el que pasa el eje y en el que escurre la fracción pesada de la pirólisis que se recoge aparte del aluminio. Las láminas de aluminio que quedan sobre los platos son empujadas por un rastrillo de un plato superior a otro inferior.
El proceso descrito en la citada patente española presenta el inconveniente de que resulta muy complejo y muy poco eficiente desde el punto de vista energético y material. El reactor es complejo y el proceso produce ceras que deben ser tratadas posteriormente para su aprovechamiento energético o material. Además, dadas las particularidades del proceso, estas ceras se contaminan fácilmente con el aluminio depositado en los platos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento y reactor para el tratamiento de envases tipo BRICK que es muy simple y altamente eficiente desde el punto de vista energético y material.
De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para el tratamiento de envases tipo BRICK, en especial del residuo de metal y plástico que comprenden dichos envases, que comprende la etapa de llevar a cabo la pirólisis de dicho residuo y la etapa de recuperar dicho metal procedente de la pirólisis del residuo. El procedimiento se caracteriza por el hecho de que dicha pirólisis se lleva a cabo en presencia de un catalizador de craqueo y en unas condiciones adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor, del plástico que comprende dicho residuo, y por el hecho de que comprende, además, la etapa de recuperar dicho gas para su aprovechamiento energético y/o material.
Sorprendentemente, el procedimiento de la presente invención presenta la ventaja de que permite recuperar de una manera simple y muy eficiente todo el metal de los envases, puesto que todo el plástico del residuo es convertido a gas susceptible de ser aprovechado, ya sea para su valorización energética o material, por lo que no se generan ceras que deban tratarse posteriormente. De este modo, el metal puede ser separado para su recuperación en el mismo reactor de pirólisis, sin necesidad de realizar tratamientos posteriores y, por otro lado, el gas obtenido puede ser recuperado fácilmente para su valorización.
Preferentemente, dicho metal es aluminio y, otra vez, preferentemente la pirólisis del procedimiento de la presente invención se lleva a cabo mediante el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor.
Por sistema de contacto de lecho en surtidor se entenderá el sistema que consiste básicamente en disponer el sólido a tratar (plástico y metal, en este caso) en un lecho por cuya base entra el gas de arrastre, y en utilizar, en lugar de la clásica placa distribuidora característica de los lechos fluidizados, un orificio a través del que pasa dicho gas, abriendo un canal por el que asciende. De esta manera el sólido a tratar, que puede ser alimentado por la parte superior, está circulando cubriendo un ciclo compuesto por una etapa descendente en la zona anular del lecho que rodea al referido canal, y una etapa ascendente en la zona del canal, impulsado por el gas .
El sistema de contacto de lecho en surtidor aplicado al proceso de pirólisis del procedimiento descrito ofrece numerosas ventajas. De entre ellas, la más sorprendente, es el hecho de que permite segregar fácilmente el metal del lecho, sin necesidad de extraer el catalizador. En efecto, el sistema de lecho en surtidor posibilita que las partículas sean segregadas en función de su densidad o tamaño, puesto que las partículas de menor densidad, como por ejemplo el aluminio, describen trayectorias más amplias en la fuente, por lo que éstas pueden ser recogidas disponiendo, por ejemplo, un canal inclinado en la pared del reactor de pirólisis.
Otra ventaja del sistema de lecho en surtidor está en el hecho de que posibilita la operación en continuo del reactor, de modo que no es necesario detener la operación para realizar la carga de sólido a tratar y la descarga del catalizador.
El sistema de lecho en surtidor presenta además otras ventajas. Entre ellas, el hecho de que permite tratar eficazmente sólidos de textura irregular y con tendencia a la aglomeración, características que son comunes a los materiales granulares (por ejemplo, residuos de tipo plástico) , ya que la acción de la alta velocidad en dicho sistema rompe los aglomerados. De igual modo, se pueden procesar partículas de mayor tamaño que las que se procesan en los sistemas de lecho fluidizado.
Según una realización preferida de la presente invención, dicho catalizador de craqueo se selecciona para obtener hidrocarburos y dicho aprovechamiento energético del gas recuperado comprende la etapa de generar energía eléctrica mediante un equipo de cogeneración alimentado sustancialmente a partir de hidrocarburos procedentes de dicho gas.
Gracias a estas características, el procedimiento de la presente invención presenta la ventaja de que tiene un rendimiento energético muy elevado y es muy rentable económicamente, puesto que todo el plástico del residuo se convierte en un combustible (líquido o gaseoso) preparado para emplear en el equipo de cogeneración que produce energía eléctrica y energía térmica.
En la presente invención por equipo de cogeneración, preferentemente, equipo de cogeneración termoeléctrica, se entenderá cualquier equipo o sistema susceptible de generar y aprovechar simultáneamente electricidad y calor a partir de un combustible líquido o gaseoso, ya sea mediante un equipo que utiliza motores alternativos, turbinas de gas, turbinas de vapor y/o células de combustible. El aprovechamiento "in situ" de la energía térmica permite unos rendimientos energéticos globales muy elevados.
Ventajosamente, dicho catalizador se selecciona para obtener hidrocarburos de un tamaño molecular adecuado para emplear como combustible en dicho equipo de cogeneración y, preferentemente, el tamaño molecular de dichos hidrocarburos es tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono. Otra vez ventajosamente, dicho catalizador comprende zeolitas con buenas propiedades para el craqueo
Preferentemente, el procedimiento comprende la etapa de recuperar el dióxido de carbono de los gases de combustión de dicho equipo de cogeneración y, ventajosamente, dicha recuperación se lleva a cabo mediante un sistema de absorción y extracción química.
Gracias a estas características, la rentabilidad económica y el rendimiento energético y material del proceso de la presente invención es todavía más elevado, puesto que se obtiene también dióxido de carbono líquido, útil para emplear como materia prima en diversos procesos industriales . Ventajosamente, dicho procedimiento comprende la etapa de recircular una parte del gas generado en la pirólisis para la fluidización del lecho y para el aporte de calor, siendo mantenida la temperatura de dicho gas recirculado mediante energía térmica procedente de la post-combustión de los gases de escape de dicho equipo de cogeneración . Gracias a ello, la operación de pirólisis puede mantenerse autotérmicamente sin necesidad de realizar un aporte externo de calor, por lo que el proceso puede ser autosuficiente . Otra vez ventajosamente, el proceso comprende la etapa de enfriar el gas generado en condiciones de reactor para obtener los hidrocarburos que alimentan dicho equipo de cogeneración, y dicho enfriamiento se lleva a cabo mediante un equipo frigorífico de absorción que emplea energía térmica, preferentemente agua caliente, procedente del mismo equipo de cogeneración.
De nuevo ventajosamente, el metal y plástico de los envases es triturado, lavado y secado antes de proceder a su pirólisis, y la energía térmica necesaria para llevar a cabo dicho secado procede de dicho equipo de cogeneración .
Preferentemente, el procedimiento comprende la etapa de utilizar energía térmica procedente de dicho equipo de cogeneración para satisfacer necesidades térmicas de por lo menos un proceso paralelo de tratamiento de residuos o productos.
Ventajosamente, dicho proceso paralelo comprende la etapa de desalar aguas salobres mediante un sistema de desalinización por evaporación térmica y/o la etapa de tratar los productos celulósicos procedentes de dichos envases. De este modo, el proceso presenta la ventaja de que, además de energía eléctrica, puede generar agua potable de excelente calidad, y la ventaja de que los residuos celulósicos procedentes de la cubierta de cartón que tienen los envases tipo BRICK pueden ser tratados aprovechando la energía generada con el equipo de cogeneración .
De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención proporciona un reactor de pirólisis para llevar a cabo el procedimiento reivindicado. Dicho reactor comprende medios para recoger el metal procedente de la pirólisis del residuo, y se caracteriza por el hecho de que comprende, además, el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor que permite segregar el metal del lecho sin necesidad de extraer el catalizador.
Gracias a estas características, sorprendentemente se obtiene un reactor que permite segregar el metal, preferentemente aluminio, de dichos envases de un modo muy fácil y eficiente. El sistema de lecho en surtidor posibilita que las partículas sean segregadas en función de su densidad o tamaño, puesto que las partículas de menor densidad, como por ejemplo el aluminio, describen trayectorias más amplias en la fuente. Según una realización preferida, dicho reactor comprende una pared con una configuración tronco-cónica invertida, comprendiendo la parte inferior de dicha pared la entrada de gas para mover el lecho. Dicha configuración mejora la eficiencia de la operación de pirólisis, puesto que permite aumentar el intervalo de caudal de gas de operación, trabajar con distribuciones más amplias de tamaños de partícula y tratar un mayor caudal de caucho para un volumen dado. Por otro lado, gracias a la citada configuración, se requiere menos temperatura para llevar a cabo la pirólisis catalítica y, en consecuencia de todo ello, se reduce considerablemente las necesidades energéticas del proceso.
Ventajosamente, dicho reactor de configuración troncocónica invertida comprende una prolongación superior cilindrica de igual sección que la zona cónica que tiene la función de recoger los sólidos arrastrados por el gas que surge del centro del lecho (plástico, metal y catalizador) .
Otra vez ventajosamente, la zona del reactor de pirólisis ocupada por el catalizador de craqueo y que conforma el lecho comprende un dispositivo central que consiste en dos anillos localizados uno en la zona superior de la cámara cónica y otro en la prolongación cilindrica superior. Dicho dispositivo permite tratar tanto materiales con distribuciones granulares estrechas (poca variación de diámetros de partículas) como mezclas muy heterogéneas, es decir, que permite pirolizar en una única operación fracciones granulométricas con distintos tamaños . Preferentemente, la pared de dicho reactor comprende dichos medios para recoger el metal separado. De este modo, las partículas de metal que son las que describen las trayectorias más amplias, son recogidas fácilmente en los medios dispuestos en la pared. Otra vez preferentemente, dichos medios para recoger el metal comprenden medios para permitir la salida en continuo del metal segregado. De este modo, la recuperación del metal es muy eficiente y rentable.
Ventajosamente, dicho reactor comprende medios para filtrar en caliente los gases generados en condiciones de reactor. De este modo se evita el arrastre de metal y, por lo tanto, la contaminación de los gases de pirólisis con el metal.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompaña un dibujo en el que, esquemáticamente y sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización del reactor de pirólisis con el que puede llevarse a cabo dicho procedimiento.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
Los envases susceptibles de ser tratados en el proceso de la presente invención serán preferentemente envases usados tipo BRICK suministrados por empresas gestores de residuos.
Tal y como se ha comentado anteriormente, los envases tipo BRICK que se conocen actualmente están formados por un material compuesto por una hoja de metal, hasta ahora aluminio, recubierta por ambas caras con una película de plástico, habitualmente polietileno de baja densidad, que a su vez está recubierta por una capa exterior de papel cartón. Dicha capa de papel cartón es fácilmente separable mediante equipos que emplean agua (por ej . : hidropulper) , para generar una pasta de cartón que es susceptible de ser aprovechada por la industria papelera .
Una vez separada la capa de papel, las láminas de aluminio y plástico de los envases constituyen el residuo objeto de tratamiento del procedimiento de la presente invención .
A continuación se describe una realización preferida del procedimiento en la que el residuo es tratado en un reactor 1 de pirólisis que incluye el sistema de contacto de lecho en surtidor y en la que el gas procedente de la pirólisis es valorizado energéticamente como combustible de un equipo de cogeneración que produce energía eléctrica y energía térmica. En una etapa inicial, las láminas de aluminio y plástico son lavadas, secadas con aire caliente y trituradas al objeto de conseguir un material granular homogéneo en composición y granulometria que sea adecuado para alimentar al reactor 1 o reactor de pirólisis. Aunque el tamaño de partícula depende de la geometría del reactor 1, la tecnología de lecho en surtidor propuesta en esta realización permite trabajar con tamaños de partícula más grandes que los de otro tipo de reactores lo que supone un ahorro energético en esta etapa que repercute en el rendimiento energético final del proceso.
Las aguas de lavado del residuo (láminas de aluminio y plástico) son tratadas en una depuradora y los lodos generados en ésta, también secados con aire caliente y enviados a vertedero de inertes.
Una vez lavadas, secadas y trituradas, dichas láminas de aluminio y plástico son introducidas al reactor 1 a través de la abertura lateral 2 para llevar a cabo su pirólisis a baja temperatura en presencia de un catalizador de craqueo.
El tipo de catalizador y las condiciones en las que se lleva a cabo la pirólisis son las adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor, del plástico que presentan las citadas láminas, por lo que con el procedimiento de la presente invención, no se generan ceras .
En la realización que se describe, el lecho de partículas de catalizador que se dispone en el interior de reactor 1 está preparado en base a zeolitas con buenas propiedades para el craqueo (HZSM5, β, HY) , y con un diámetro de partícula que depende de la geometría específica de dicho reactor 1.
Tal y como se ha comentado en la descripción de la invención, la tecnología de lecho en surtidor está basada en la creación de un canal o chorro central de gas que obliga a las partículas a describir ciclos, evitando las zonas muertas (sin circulación de material) . Sorprendentemente, esta tecnología aplicada al procedimiento de la presente invención, presenta la ventaja de que permite segregar fácilmente el aluminio del lecho, sin necesidad de extraer el catalizador. Esto es debido al hecho de que el desplazamiento de las partículas varía en función de su densidad. Así, partículas de menor densidad, como por ejemplo el aluminio, describen trayectorias más amplias en la fuente, por lo que éstas pueden ser discriminadas y separadas del resto, disponiendo, por ejemplo, un canal 3 en la pared del reactor 1 o reactor de pirólisis, tal y como puede verse en la figura adjunta. Además, gracias al hecho de que el sistema de lecho en surtidor permite la operación en continuo del reactor, el canal 3 puede diseñarse a modo de rebosadero para permitir la salida en continuo del aluminio.
Tal y como se aprecia en la misma figura, el reactor 1 de pirólisis con el que se lleva a cabo la realización del procedimiento que se describe, presenta una configuración tronco-cónica invertida 4 con una prolongación superior cilindrica 5 que tiene el objeto de recoger los sólidos arrastrados por el gas que surge del centro del lecho.
La sección tronco-cónica 4 del reactor 1 tiene unas dimensiones y un diseño de la entrada 6 de gas muy particulares que permiten conseguir la máxima eficacia de contacto gas-sólido, una mínima pérdida de carga y una uniformidad de los sólidos a tratar.
Así, se ha previsto que el ángulo de inclinación γ correspondiente a la parte troncocónica invertida 4 del reactor 1, esté comprendido entre 28° y 50°; y que la relación entre el diámetro de la entrada 6 de gas y el diámetro de la base 7 de la parte tronco-cónica 4, esté comprendida entre 1/2 y 5/6. También se ha previsto que el caudal de gas a la entrada 6 sea entre 1.5 y 2 veces superior al correspondiente a una velocidad mínima predeterminada, dependiendo de las propiedades específicas del material que conforma el lecho y de los factores geométricos del propio reactor 1.
Por lo que se refiere al tamaño de las partículas que conforman el lecho, se ha visto que la relación entre el diámetro de la entrada 6 del gas al reactor 1 y el diámetro de dichas partículas debe de estar comprendida preferentemente entre 2 y 30. Cuando la relación entre el diámetro de la entrada 6 y el diámetro de partícula es superior a 30 se requiere utilizar un dispositivo central 8 que guíe el gas de entrada hasta la superficie del lecho y abra el chorro central requerido para el movimiento cíclico. Este dispositivo 8 consiste en dos anillos 9,10 del mismo diámetro que la entrada 6 de la cámara 1 de pirólisis. Uno de ellos está enrasado a la parte superior del cono 4 y el otro está por encima del cono 4. Ambos 9,10 están sujetos mediante tres nervaduras 11 a la base 7 de la cámara o reactor 1. La finalidad del anillo 9 inferior es lograr la apertura del canal central y la consiguiente estabilidad del lecho. El anillo 10 superior evita que la altura de la fuente sea excesivamente elevada, situación que se da cuando las partículas son ligeras o pequeñas. Además, para evitar el arrastre de los materiales finos se dispone un bafle 12 en la parte superior de la sección cilindrica 5.
El dispositivo central 8 descrito en el párrafo anterior presenta la ventaja de que permite tratar tanto materiales con distribuciones granulares estrechas (poca variación de diámetros de partículas) como mezclas muy heterogéneas, es decir, que permite pirolizar en una única operación fracciones granulométricas con distintos tamaños . Sorprendentemente, el proceso que se propone en la presente invención posibilita, por un lado, la conversión completa a gas de todo el plástico del residuo y, por otro, la separación en continuo del aluminio en el reactor 1 a través del canal/rebosadero 3.
En la realización que se describe, a la salida del reactor 1, todo el gas de pirólisis es recuperado y enfriado para obtener hidrocarburos (en fase gas o liquida) susceptibles de ser empleados en el equipo o equipos de cogeneración para la producción de energía eléctrica. De este modo, todo el plástico del residuo tratado es valorizado energéticamente.
Al objeto de optimizar dicha valorización energética, el catalizador de craqueo empleado se selecciona para obtener hidrocarburos y, preferentemente, hidrocarburos de un tamaño molecular tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono.
Para llevar a cabo la cogeneración se emplearán, preferentemente, dos tipos de equipo, uno que emplea hidrocarburos en estado gas y otro, hidrocarburos en estado líquido. Dichos equipos pueden realizar la cogeneración ya sea mediante el sistema de motores alternativos de combustión interna como mediante el sistema de ciclo combinado que emplea turbinas de gas y vapor y una caldera. De hecho, cualquier sistema susceptible de generar electricidad y energía térmica a partir de un combustible puede ser adecuado.
En la realización que se describe, una parte del gas de pirólisis producido es recirculado hasta el reactor 1 de pirólisis para mover el lecho y aportar calor. La energía térmica para mantener el nivel de temperatura de los gases de pirólisis recirculados se obtiene a partir de la post-combustión de los gases de escape de los equipos de cogeneración, puesto que, tal y como es conocido, la temperatura de dichos gases (humos a 42O0C con un 12% de oxígeno) puede incrementarse hasta 6000C realizando una post-combustión mediante la aportación adicional de oxígeno.
La recirculación de gas de pirólisis a 6000C presenta la ventaja de que permite mantener autotérmicamente la operación de pirólisis sin necesidad de realizar un aporte externo de calor, lo que incrementa enormemente el rendimiento del proceso, y posibilita que éste sea autosificiente desde el punto de vista energético.
Al objeto de aprovechar al máximo el calor procedente de los equipos de cogeneración, se ha previsto que la energía térmica necesaria para realizar el secado tanto del residuo de aluminio y plástico como de los lodos de la depuradora de aguas, se obtenga a partir de un sistema que recupera el calor de los circuitos de refrigeración de los motores alternativos del equipo de cogeneración y de los humos de combustión de dichos motores, o de los condensados de la turbina de vapor del ciclo combinado.
De igual modo, se ha previsto que el enfriamiento de los gases de pirólisis para obtener hidrocarburos se lleve a cabo mediante un equipo frigorífico de absorción que emplea agua caliente procedente del equipo de cogeneración del proceso.
Tanto la energía térmica como la energía eléctrica generada con el equipo de cogeneración pueden emplearse también para satisfacer necesidades térmicas de procesos paralelos de tratamiento de residuos o productos. De este modo se incrementa, aún más, el rendimiento energético del proceso, así como su rentabilidad económica.
En la realización que se describe, una parte de la energía térmica procedente de la cogeneración se emplea para obtener agua potable mediante un sistema de desalinización de agua salobre por evaporación térmica multietapa que utiliza agua caliente obtenida de los gases de escape de los motores alternativos de los equipos de cogeneración . Por otro lado, también una parte de la energía térmica y eléctrica generada por el proceso serán utilizadas para tratar los productos celulósicos procedentes de los envases.
Por último, el proceso que se describe prevé también la recuperación y concentración del dióxido de carbono de los humos de combustión de los equipos de cogeneración, mediante un sistema de absorción y extracción química que, preferiblemente, emplea como absorbedor una solución de monoetanolamina al 30%. El gas de salida del sistema se enfría y comprime hasta que el dióxido de carbono se licúa para posteriormente almacenarlo en tanques. La riqueza del gas obtenido supera el 99,8% de dióxido de carbono.
Sorprendentemente, el proceso de la presente invención constituye un proceso integral de tratamiento de envases tipo BRICK que recupera íntegramente el aluminio de dichos envases, y obtiene, además de energía eléctrica, también otros productos como por ejemplo, agua potable y dióxido de carbono líquido.
El proceso de tratamiento de la presente invención es muy rentable económicamente, puesto que permite tratar una cantidad importante de residuos con el máximo rendimiento energético y material, por lo que constituye una alternativa real al vertido del residuo de metal y plástico procedente de los envases tipo BRICK.
A título de ejemplo, mediante dicho proceso pueden tratarse hasta 15,000 t/año de envases tipo BRICK a partir de los que se puede obtener los siguientes productos y energía :
Pasta de papel: 10,687,500 Kg/año Aluminio: 3,562,500 Kg/año Energía eléctrica: 9,783,302 kWh/año Agua potable: 636,741 m3/año Dióxido de carbono: 2,739 t/año

Claims

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el tratamiento de envases tipo BRICK, en especial del residuo de metal y plástico que comprenden dichos envases, que comprende la etapa de llevar a cabo la pirólisis de dicho residuo y la etapa de recuperar dicho metal procedente de la pirólisis, caracterizado por el hecho de que dicha pirólisis se lleva a cabo en presencia de un catalizador de craqueo y en una condiciones adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor (1), del plástico que comprende dicho residuo, y por el hecho de que comprende, además, la etapa de recuperar dicho gas para su aprovechamiento energético y/o material.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha pirólisis se lleva a cabo en un reactor (1) que comprende el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho catalizador de craqueo se selecciona para obtener hidrocarburos, y por el hecho de que dicho aprovechamiento energético comprende la etapa de generar energía eléctrica mediante un equipo de cogeneración alimentado sustancialmente a partir de hidrocarburos procedentes de dicho gas.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dichos hidrocarburos tienen un tamaño molecular tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado por el hecho de que comprende la etapa de recuperar el dióxido de carbono de los gases de combustión de dicho equipo de cogeneración .
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por el hecho de que comprende la etapa de recircular una parte de dicho gas para la fluidización del lecho y para el aporte de calor, siendo mantenida la temperatura de dicho gas recirculado mediante energía térmica procedente de la post-combustión de los gases de escape de dicho equipo de cogeneración.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por el hecho de que comprende la etapa de enfriar el gas generado en condiciones de reactor (1) para obtener hidrocarburos, y por el hecho de que dicho enfriamiento se lleva a cabo mediante un equipo frigorífico de absorción que emplea energía térmica procedente del equipo de cogeneración.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado por el hecho de que el metal y plástico de los envases es triturado, lavado y secado antes de proceder a su pirólisis, y por el hecho de que la energía térmica necesaria para llevar a cabo dicho secado procede de dicho equipo de cogeneración.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado por el hecho de que comprende la etapa de utilizar energía térmica procedente de dicho equipo de cogeneración para satisfacer necesidades térmicas de por lo menos un proceso paralelo de tratamiento de residuos o productos. 3
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dicho proceso paralelo comprende la etapa de desalar aguas salobres mediante un sistema de desalinización por evaporación térmica.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 10, caracterizado por el hecho de que dicho proceso paralelo comprende, además, la etapa de tratar los productos celulósicos procedentes de dichos envases.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho metal es aluminio.
13. Reactor de pirólisis para llevar a cabo el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, que comprende medios (3) para recoger el metal procedente de la pirólisis de dicho residuo, caracterizado por el hecho de que comprende el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor que permite segregar dicho metal del lecho sin necesidad de extraer el catalizador.
14. Reactor según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que la pared (4,5) de dicho reactor comprende dichos medios (3) para recoger el metal.
15. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizado por el hecho de que comprende una pared con una configuración tronco- cónica invertida (4), comprendiendo la parte inferior de dicha pared la entrada (6) de gas para mover el lecho.
16. Reactor según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho de que dicha pared de configuración troncocónica (4) comprende una prolongación superior cilindrica (5).
17. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado por el hecho de que dichos medios (3) para recoger el metal comprenden medios para permitir la salida en continuo del metal segregado.
18. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado por el hecho de que comprende medios (12) para filtrar en caliente los gases generados en condiciones de reactor.
19. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado por el hecho de que dicho metal es aluminio.
PCT/IB2008/051363 2007-04-12 2008-04-10 Procedimiento para el tratamiento de envases tipo brik, en especial del residuo de metal y plastico que comprenden dichos envases, y reactor de pirolisis para llevar a cabo dicho procedimiento WO2008126026A2 (es)

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