WO2012127085A1 - Procedimiento y aparato de termólisis de polímeros de desecho - Google Patents

Procedimiento y aparato de termólisis de polímeros de desecho Download PDF

Info

Publication number
WO2012127085A1
WO2012127085A1 PCT/ES2012/070146 ES2012070146W WO2012127085A1 WO 2012127085 A1 WO2012127085 A1 WO 2012127085A1 ES 2012070146 W ES2012070146 W ES 2012070146W WO 2012127085 A1 WO2012127085 A1 WO 2012127085A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
thermolysis
raw material
combustion
solid
Prior art date
Application number
PCT/ES2012/070146
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ramón Murillo Villuendas
Original Assignee
Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Tecnologías Inéditas Medioambientales, S.L.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic), Tecnologías Inéditas Medioambientales, S.L. filed Critical Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
Publication of WO2012127085A1 publication Critical patent/WO2012127085A1/es

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/32—Other processes in ovens with mechanical conveying means
    • C10B47/44—Other processes in ovens with mechanical conveying means with conveyor-screws
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/16—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/10—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal from rubber or rubber waste
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/001—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by thermal treatment
    • C10K3/003—Reducing the tar content
    • C10K3/006—Reducing the tar content by steam reforming
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/143—Feedstock the feedstock being recycled material, e.g. plastics

Definitions

  • NFU non-biodegradable solid waste
  • the out-of-use tires become waste.
  • the massive use of tires has generated a serious problem: the disposal of the NFU once its useful life has been exhausted.
  • Millions of tires for cars, trucks and all types of vehicles are thrown away every year in the world.
  • NFUs are a global problem, a consequence of economic development, which implies a constant increase in the mobile fleet, in addition to those already historically rejected.
  • After the useful life of the tire a few are able to be used again, others are recycled, but the rest, until now, ended up in landfills or illegally dumped in unoccupied sites.
  • the tires are virtually indestructible over time as they are specially designed to withstand harsh conditions rolling both mechanical and meteorological. It is therefore necessary to raise awareness of the magnitude of the environmental problem caused by the NFU and to try to find a realistic solution both for its management and its disposal, in order to provide a global solution to the double problem of Environmental Impact and waste and waste of raw materials and natural resources caused by its generation and accumulation.
  • the management proposed by the II PNNFU can follow three possible routes, in order of priority: Reuse of NFU, recycling through NFU treatments to obtain raw materials used in other industrial production processes and valorization of the tires out of use for the generation of energy.
  • These objectives were a big change in the management of NFU taking into account that, according to official data, in the year 2000 75% of the approximately 300000 tonnes / year generated was still destined to landfill.
  • SIGNUS Ecovalor constituted by the five main tire producers (Bridgestone, Continental, Gooyear-Dunlop, Michelin and Pirelli ) and Treatment of Used Tires (TNU), with approximately 60 companies adhered.
  • thermochemical process that consists in the thermal degradation of a material under an inert atmosphere. Traditionally, this process has been used to obtain liquids from coal, biomass or waste. If this process is applied to materials such as the NFU, its decomposition and transformation takes place, giving rise to two currents, a soda and a solid one, which can potentially have commercial value:
  • Solid carbonaceous fraction also called pyrolytic carbon black: organic matter not transformed into liquid and gaseous products, together with the inorganic components that are added to the tire, mainly silicon and zinc oxides.
  • Gas fraction composed mainly of hydrogen, carbon oxides (carbon monoxide and dioxide) carbon), light hydrocarbons (methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, isobutane, butadiene, etc.), hydrogen sulfide and higher molecular weight hydrocarbons such as the BTX fraction, other substituted aromatics, naphthenic compounds such as limonene or even linear hydrocarbons (Berrueco C, Esperanza E, Mastral FJ, Ceamanos J, Garcia-Bacaicoa P, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2005, 74, 245-253).
  • Tire thermolysis on a laboratory scale has been carried out in a large variety of experimental reactors, such as thermobalances to determine reaction kinetics, autoclaves, fluidized bed, vacuum thermolysis and, in particular, numerous works carried out in a fixed bed. In these works the influence of the experimental installation used on the obtained yields is reflected.
  • Patent US5728361 discloses a process for obtaining carbon black from elastomeric substances such as wheels out of use by thermolysis and reforming. It is a continuous process that can be carried out in vacuum or at high pressures.
  • this process has the disadvantages that heat transfer in the thermolysis reactor is only carried out through the reactor wall, which makes the process more scalable, since the larger the reactor, the smaller the area in proportion to heat transfer; the channels to evacuate the devolatilized material are not the most suitable since they are much smaller than the volume of the reactor generating in addition losses of load in the system; and finally the reactor is mechanically complex because it is a system with a rotating cylinder in such a way that the whole system has to be in motion at the same time that the sealing is guaranteed.
  • Patent ES2160258 describes a process for producing thermal energy from solid carbonaceous fuels comprising the processes of thermolysis and continuous reforming by feeding the material in batches by the action of a pile driver into a plurality of horizontally disposed thermolysis reactor tubes. solid waste in a vertical reactor where the reforming is carried out.
  • This patent is directed to a batch solid feed system, which represents a disadvantage compared to other processes that treat the material continuously.
  • heat transmission is carried out only through the wall of the reactor and no volatile evacuation system is described which prevents thermal degradation of the initially devolatilized material.
  • the patent US4123332 discloses an energy revalorization process from carbonizable solids (such as for example used tires) by a thermolysis process in a mobile bed reactor of rotating vanes.
  • the products Finals are revalueable and include solid fractions (residues that contain carbon), liquids (hydrocarbons) and gaseous (fuels).
  • the rotating blade mobile bed reactor described in this patent has the disadvantages that by this design there is the possibility that the material may stagnate in its movement towards the reactor outlet, giving rise to a distribution of residence times of the material inside. of the same and therefore to an undesirable range of conversions.
  • the transmission of heat is carried out only through the wall of the reactor and no way is described to evacuate the devolatilized material as it is generated.
  • Patent WO2004072207 discloses a thermolysis system followed by reforming to obtain synthesis gas from waste products. Thermolysis temperatures are around 500 ° C and reformed temperatures around 1000 ° C. The main disadvantage of this process is that it requires an extra contribution of energy in the reforming stage.
  • the patent WO2005108525 describes a thermolysis process of tire out of use to obtain liquids and carbon black. It uses a mobile bed reactor consisting of a metallic conveyor belt, which is placed inside an externally heated oven. The devolatilized products are transported to a condensation system where liquid fuels are recovered. On the other hand, the gases are burned to recover energy from them, which can be used to carry out the thermolysis process.
  • thermolysis in a screw reactor as described in this invention with a combustion or reforming unit connected both in line .
  • a thermolysis reactor with the singular characteristic of having a chamber along the reactor to evacuate the devolatilized material and thus prevent its premature degradation as proposed in this invention has not been found in literature either.
  • Another unique feature of the present invention is that none of the aforementioned patents describe a process for cleaning the sulfur present in the waste material in order to comply with the legislation in terms of emissions of this pollutant is referred to as that described in the present invention or to improve the characteristics of the products obtained at least as far as their elementary analysis is concerned.
  • the present invention shows a technology that solves by means of a simple process one of the main problems presented by current NFU recovery technologies such as the transmission of heat from outside to inside of the reactor improving the perspectives of scalability.
  • a first aspect of the present invention relates to a process for energetically and materially revaluating a biodegradable or non-biodegradable raw material containing carbon in its elemental composition simultaneously through a thermolysis cycle (see Figure 1), thermolysis + reforming (see Figure 2) or thermolysis + combustion (see Figures 3 and 4).
  • thermolysis reaction step inside a thermolysis reactor (1) comprising a solid or hollow worm conveyor (20), where said worm conveyor (20) displaces the raw material fed to the reactor of thermolysis (1) along the same, while the raw material is devolatized and / or chemically reacted, giving rise to a carbonaceous solid fraction corresponding to the converted raw material and to a gaseous fraction;
  • thermolysis reactor (1) (b) the addition to the thermolysis reactor (1) of a gas stream that reduces the partial pressure of O2 inside the thermolysis reactor (1), avoiding the oxidation and / or partial combustion of the components of the gas fraction ;
  • the raw material used in the above process comprises rubber material, polymeric material, fossil fuels or biomass. Preferably it comprises an out of use tire (NFU).
  • NFU out of use tire
  • the final products of the revaluation process of the present invention if applied exclusively to NFU, will be pyrolytic carbon black, liquid fuels and electric and / or thermal energy. Obtaining one or several of these products, as well as their relative proportion, will depend on the process finally selected.
  • a second aspect of the present invention lies in the design of a mobile bed reactor with an auger auger to perform the thermolysis and that solves the problem of heat transfer to the reactive material, facilitates the transit of material therein, allows can adjust the residence time of the NFU for a volume constant reactor and independently of the amount fed and, by its special design, prevents excessive degradation of the material initially devolatilized, this being the main advantage of the proposed reactor and what differentiates it from other designs collected in the state of the art.
  • a third aspect of the present invention consists in the incorporation of a sorbent in the thermolysis reactor, preferably of the calcium type, in such a way that partial or total removal of the sulfur entering the system with the NFU is achieved both in the phase gas as in the possible liquid fuels obtained.
  • This sorbent due to the intrinsic characteristics of the proposed cycle, also supplies the energy needs of the thermolysis stage upon entering said reactor at a high temperature.
  • Figure 1 represents a diagram of the thermolysis process
  • Figure 2 represents a diagram of the thermolysis and reformed process
  • Figure 3 represents a diagram of the process of thermolysis and combustion
  • Figure 4 represents a diagram of the char thermolysis and combustion process
  • Figure 5 shows a diagram of the thermolysis reactor and the solids cooler.
  • thermolysis reactor characterized by having an auger inside it to move the solids inside it while they are devolatilized and / or chemically reacted and also have a expansion chamber that facilitates the rapid evacuation of volatile products to the outside, this characteristic being a clear improvement of the existing reactors and collected in the state of the art.
  • the proposed process is characterized by allowing the connection or interconnection depending on the final configuration of the process with another auxiliary reactor in which one of the effluent streams of the thermolysis reactor is totally or partially oxidized. Isolating the different processes in connected reactors has the advantage of allowing working with different operating variables precisely to be able to work under optimal conditions in each of the stages. Thus, by means of this procedure, two different chemical processes can be carried out that have different temperatures, reaction atmospheres (inert or oxidant) and variable residence times for both solids and gases.
  • the decomposition of the raw material is carried out at a temperature comprised between 400 ° C and 1000 ° C, preferably between 500 ° C and 600 ° C, depending on the thermal availability to heat the reactor, of the area for heat exchange, the final objective of the process, the operating conditions of the second reactor and the raw material to be processed.
  • the working pressure can be between 1 mbar and 10 bar, but preferably between 0.8 and 1.2 bar.
  • the residence time of the solid in the interior can be between 0.2 minutes even up to several hours, although the desirable residence times will be between 1 and 5 minutes to achieve complete devolatilization of the material in a minimum reactor volume.
  • thermolysis consists of the following stages (see Figure 5):
  • Feeding stage of the raw material this stage consists of a watertight section constituted by at least two hoppers (upper hopper (12) and lower hopper (13) in Figure 5) closed with a storage capacity of solids according to the reactor size These hoppers are connected to each other through a valve (14) that can be manually or automatically operated and that allows the transit of solids therethrough.
  • the hoppers can be equipped with auxiliary propellers inside or any other system that destroys them or prevents their formation. The specific design of these anti-vault systems is part of the state of the art.
  • the upper hopper (12) also has another valve (14) that can be manually or automatically operated, which communicates with the outside and allows the supply of fresh material to the system.
  • the second hopper discharges directly by gravity onto a solids feeder (auger feeder (15) in Figure 5) which may or may not be of the screw type.
  • a solids feeder auger feeder (15) in Figure 5) which may or may not be of the screw type.
  • the feeder is a screw type, it will have a suitable diameter, section and step size to feed the desired amount of material to the reactor.
  • This auger is part of the state of the art in the design of augers for feeders of chopped or granulated solids.
  • the shaft of the auger feeder will be connected to a motor-reducer system (motor reducer feeder (16) in Figure 5) electrically powered and equipped with a frequency inverter to regulate its speed and thus also be able to modify the amount of solid to be fed without the need to modify the geometry of the screw.
  • motor-reducer system motor reducer feeder (16) in Figure 5
  • the specific design of the electric motor, reducer and frequency converter are part of the state of the art in the field of electric motors and their electronic regulation.
  • the feeding system does not necessarily have to be unique, but it is also possible that the final design has several hoppers attached to different independent feeding screws that simultaneously feed a single thermolysis reactor. This system would be especially appropriate in the case of wanting to feed the reactor of solid thermolysis of different nature with different density and / or particle size. In this way the segregation and separation of different solids contained in a single hopper would be avoided.
  • the feeding section is watertight and is provided with a gas seal to prevent reflux of thermolysis products into the feed zone (entrain
  • Reaction stage this stage consists of a mobile bed reactor built in metallic material and chemically and mechanically resistant to high temperatures and potentially corrosive atmospheres and that moves through it the raw material supplied by the feeding stage, thereby communicating with the system of feeding of solids, the exit of gases and the cooling system of converted solids. It consists of an inner casing (17) that may be constructed of stainless steel, refractory steel or any other metal-type material that is resistant to high temperatures and allows an efficient transfer of heat therethrough.
  • the inner shell is characterized by having a solid reactant input in the part upper, a solids outlet converted in the lower part (solid exit duct (26) in Figure 5), an expansion chamber (18) in the upper part and a closing system of the reactor auger (22) constituted by an assembly of flanges and mechanized joints.
  • the geometry of this inner casing allows the easy movement of the solid material inside and the rapid evacuation of the devolatilized material towards the second reactor or towards the condenser avoiding its excessive cracking.
  • This unique feature of the thermolysis reactor drastically differentiates it from other designs collected in the state of the art and is an obvious advantage in avoiding excessive degradation of the released products.
  • this expansion chamber communicates with the thermally insulated conduit (gas outlet conduit (19) in Figure 5) joining the thermolysis reactor with the combustion reactor or the thermolysis reactor with the reforming reactor or the thermolysis reactor with the condenser depending on the final configuration of the process. It is important that this duct is sufficiently insulated in order to avoid leakage of heat to the outside and the possible condensation of thermolysis products in undesired areas of the installation. The size and type of insulation will be appropriate to maintain an internal temperature in the conduction not lower than 500 ° C and the final design is part of the state of the art in thermal insulation systems.
  • the expansion chamber can be designed to allow the lateral gas evacuation on the end side of the auger through which the solid obtained is evacuated or it can be designed to allow the central evacuation of the gases with respect to the length of the reactor of thermolysis.
  • thermolysis reactor in order to clean solid particles that accompany the thermolysis gas, it is possible to install one or several cyclones in series or in parallel to the output of the thermolysis reactor.
  • these equipments must be constructed of metallic material resistant to high temperatures and conveniently thermally insulated to minimize heat leaks and avoid condensation.
  • the specific geometry of these equipment forms part of the state of the art in the design of systems for cleaning particles in cyclonic type gases and is not the object of the present invention.
  • a worm screw worm conveyor (20) in Figure 5
  • worm conveyor inside the housing is accommodated a worm screw (worm conveyor (20) in Figure 5) consisting of a shaft and a blade or spiral and a plate in the form of a circular crown welded on both ends of the screw to prevent possible passage of solid material towards the reactor closing zones.
  • the auger can be constructed in the same material as the housing or not but always in chemically and mechanically resistant metallic material at high temperatures and potentially corrosive atmospheres and which moves through it the solid supplied by the feeding section previously described.
  • the length, section and step size of this auger will depend on the final size of the reactor and the amount of solids that are to be processed and its final design is part of the state of the art in the design of conveyors of granulated solids by screw.
  • the central axis of the reactor auger (21) can be solid or hollow. In the latter case, a gas or a hot thermal fluid could circulate through it to transmit heat to the interior of the thermolysis reactor and thus favor the decomposition of the raw material.
  • the screw would act not only as a mere transporter of solids but also provide a very effective surface for the transmission of heat from the outside to the reactant material to be in direct and continuous contact with it.
  • it should be provided to the auger of a system that prevents the escape of gas or thermal fluid to the outside characterized by having a fixed tube (31) of thermal fluid access concentric and isolated with respect to the axis of the screw sinf ⁇ n (21) and that introduces the gas to the hot zone of the reactor, a system of closure of access of the thermal fluid (32) composed of a series of joints and seals that join the rotary shaft of the screw (21) with the tube fixed (31) access thermal fluid and a receiving chamber (33) that serves to collect the gas or thermal fluid escaping from the worm.
  • thermolysis reactor An important accessory of the thermolysis reactor is the gas inlet (entrainment of drag gas (24) in Figure 5), which is located in a cold zone of the reactor and close to the junction with the feed section.
  • the gas supply fulfills a dual purpose: on the one hand, it reduces the partial pressure of O2 inside the reactor, preventing the combustion / partial oxidation of the released volatile products and, on the other hand, it acts as a gas shutoff preventing the backflow of products of thermolysis to the feeding area. Said reflux would cause the premature degradation of the fed material with the consequent risk of duct obstruction.
  • This inert gas supply is made from a pressurized tank and in a controlled manner by the use of a mass flow controller or a control valve whose designs form part of the state of the art in gas regulation and control systems.
  • the sealing system of the reactor is also of vital importance, especially as regards the closing of the moving parts (worm screw) with the fixed parts (reactor housing).
  • the closing system of the reactor auger (22) consists of a series of joints and seals housed in flanges machined for this purpose and it is convenient to be in a cold area of the reactor to avoid premature degradation of the seals that , in general, they are made of polymeric material.
  • thermolysis reactor set and inner casing with a burner system that directly heats the inner casing by burning natural gas, propane or any other hydrocarbon or even part of the products produced in thermolysis (outer shell (25) in Figure 5).
  • a fuel gas stream is not available, it is possible to install a system that transmits the sensible heat contained in a high temperature thermal fluid stream through the reactor wall.
  • the choice of one system or another will be a function of the final geometry of the housing and the processing capacity of the reactor. Independently of the selected heating system, and in the case of processing NFU, it will be necessary to guarantee a minimum temperature inside the reactor of 400 ° C. Lower temperatures could lead to poor devolatilization of the fed material.
  • Stage of cooling and collection of converted raw material the converted raw material from the thermolysis reactor passes through a conduit (solid exit conduit (26) in Figure 5) that, depending on the complete process, can communicate with a cooling system of solids of similar design to the thermolysis reactor.
  • This stage comprises a worm screw (screw auger solids cooler (27) in Figure 5) to collect, move and cool the converted raw material characterized by having: a shaft that can be hollow to transport a cooling fluid or water through its interior or it can be solid; a few blades or worm spiral; an inner metallic casing housing the auger (endless cooler housing (28) in Figure 5); a plate in the form of a circular crown welded on both ends of the screw to avoid the possible passage of solid material towards the areas of screw closure; an outer casing (29) that surrounds the set screw and inner casing characterized by having a series of baffle plates (30) placed perpendicular to the axis of the auger which alternately leave hollow in the upper and lower part of the outer casing to increase the travel of the water
  • thermolysis reactor represented by the stream of devolatilized products of the tire in gas phase (F3) and that have left the thermolysis reactor through the gas outlet conduit (19) of Figure 5, the proposed equipment and its operating conditions will vary.
  • the first possible configuration will consist in having a condensation system that allows the reduction of the current temperature.
  • the gas fraction generated as the raw material is devolatilized corresponds to the stream of devolatilized products of the gas phase tire (F3) of Figure 1.
  • the condenser equipment (3) to be used can be a conventional shell-tube condenser cooled by water or by any other fluid that is capable of absorbing the energy carried by the stream of devolatilized products of the gas phase tire (F3), although other designs described in FIG. the state of art.
  • the condensation system can be formed by several equipment interconnected in series or in parallel in such a way that a stepped condensation and therefore several products with different boiling points and chemical compositions can be achieved.
  • liquid fuel stream (F5) in Figure 1) a liquid fuel stream (represented by the liquid fuel stream (F5) in Figure 1) will be obtained, consisting mainly of hydrocarbons and another gaseous stream (stream of non-condensed gaseous products (F6) in Figure 1). it has not been condensed since the boiling point of the constituent products is lower than the outlet temperature of the condenser and that in general, it will be formed by light hydrocarbons, carbon oxides, hydrogen, nitrogen and other low molecular weight compounds. of organic or inorganic nature.
  • the flow of liquid fuels (F5) can be considered as a final product and conveniently stored, without prejudice to subsequent treatments to improve its characteristics, although such treatments are not subject of the present invention.
  • the uncondensed gas stream (stream of non-condensed gaseous products (F6) in Figure 1) is conducted to a burner (gas burner (4) in Figure 1) or burner system in which it feeds air (air stream to carry out the combustion of the gas (F9) in Figure 1) as an oxidizing agent and combustion takes place. All or part of the energy released in said combustion (flow of energy from the gas burner to the thermolysis reactor (F7) in Figure 1) can be used to meet the energy needs of the thermolysis reactor (1) ⁇
  • a second possible configuration is that shown in Figure 2.
  • the stream of devolatilized products of the gas phase tire (F3) leaving the thermolysis reactor (1) through the gas outlet conduit (19) of Figure 5, is conducted through a heat-insulated conduit to a reforming reactor of the devolatilized products (5) in which it is reformed to produce light hydrocarbons, carbon oxides and hydrogen.
  • This reactor must operate at high temperature between 750 ° C and 1300 ° C in such a way that it occurs cracking of the fed products and their reaction with the reforming agent (steam stream and / or air or mixtures thereof (FIO) in Figure 2) which may be water vapor, air or mixtures thereof.
  • the operating pressure of this reactor will be the same or preferably slightly lower than that existing in the thermolysis reactor to allow the transport of the gases between both reactors.
  • the possible types of reactors to be used may be the typical ones used in this type of operation, such as fixed beds, fluidized beds or even conventional or adapted burners.
  • a gaseous current is obtained (stream of gaseous products converted to high temperature (Fll) in Figure 2) from which thermal energy can be extracted to supply the energy needs of the thermolysis reactor (1) through a system of heat recovery (6).
  • the surplus of thermal energy can be used to also generate the steam necessary to carry out the reforming reaction.
  • the gases Once the gases have been cooled (stream of gaseous products converted to low temperature (F13) of Figure 2), they are directed to a thermal machine (7) such as a motor or a gas turbine in which they are mixed with air (F14) producing its combustion.
  • a thermal machine (7) such as a motor or a gas turbine in which they are mixed with air (F14) producing its combustion.
  • the specific design of this thermal machine is part of the state of the art in the design and construction of gas engines and turbines and is not the object of the present invention.
  • the hot combustion gases generated in the thermal machine (F15) can be cooled before being emitted into the atmosphere and its thermal energy can be transferred to other locations of the plant that demand energy or even be transferred to an auxiliary steam cycle for generate additional power.
  • the thermal machine (7) is connected to an alternator (8) in which electricity is produced and whose final design and characteristics form part of the state of the art and are not the object of the present invention.
  • FIG. 3 A third possible configuration is shown in Figure 3.
  • the stream of devolatilized products of the tire in gas phase (F3) from from the thermolysis reactor (1) and evacuated from this reactor through the gas outlet conduit (19) are conducted to a combustion reactor of the devolatilized products (9) in which its total oxidation is carried out by means of the supply of air, depleted air or enriched air (stream F14).
  • the reactor used for this operation can be any that allows a good contact between the gas stream and the oxidizer, preferably a burner type reactor.
  • the thermal energy generated in the combustion reaction will be used partially to meet the energy needs of the thermolysis reactor (1) through the energy flow from the heat recovery to the thermolysis reactor (F12).
  • the surplus of thermal energy can be transferred to a steam cycle (10) in which electricity will be generated through a turbine connected to an alternator (8).
  • the specific characteristics of the steam cycle are part of the state of the art in power cycles and are not the object of the present invention.
  • the already cooled combustion products (low temperature combustion gas stream (F18) of Figure 3) are emitted into the atmosphere through the chimney, although one or several stages of gas cleaning can be interspersed whose specific design it does not form part of the present invention.
  • the fourth proposed process configuration is that shown in Figure 4.
  • the hot gas stream generated in the thermolysis reactor (stream of devolatilized products of the tire in gas phase (F3)) is conducted to a condensation system analogous to that described above. which can be formed by one or several capacitors in series or in parallel that guarantee a decrease in the temperature of this current up to a maximum of 50 ° C and whose specific design is part of the state of the art in condensing equipment.
  • the non-condensed gas (stream of gaseous products not condensed to the combustion reactor (F21) in Figure 4) is conducted to a combustion reactor (11) in which it is completely oxidized with air by means of a burner.
  • the stream of solids generated in the thermolysis reactor (hot pyrolitic carbon black stream (F2) in Figure 4) is also fed as fuel, that is, in the case of using a used tire, the black pyrolytic carbon formed in the devolatilization reaction.
  • a fresh sorbent stream preferably calcium sorbent (fresh sorbent feed (F20) in Figure 4) is also added to this reactor.
  • the temperature of this hot solid, and consequently that of the combustion reactor, will have to be higher than the temperature of the thermolysis reactor by at least 50 ° C to allow efficient heat transfer and a moderate flow of solids between reactors.
  • the type of combustion reactor (11) to be used in the process can be any of those described in the state of the art of combustion reactors for solids, a reactor that allows an easy flow of solids in its interior and will preferably be used. that guarantees a good mixture between fuel (pyrolytic carbon black) and solids to transport heat between reactors since the heat generated in the combustion must be transferred quickly and efficiently to the heat transporter. Therefore, a fluidized bed reactor that can be operated in bubbling or circulating mode will preferably be used.
  • thermolysis reactors By means of this type of reactors it is possible to guarantee high combustion efficiencies and easy distribution or even extraction of excess heat generated.
  • the joint combustion of the non-condensed gas and the non-devolatilized solid material generates more energy than necessary to carry out the devolatilization.
  • the excess energy together with the thermal energy of the The gas stream generated in the combustion reactor (flue gas stream (F15) in Figure 4) can be recovered in appropriate heat recovery equipment and generate electricity through a steam cycle whose design forms part of the state of the art in power cycles.
  • the heat carrier to be used can be any generally inorganic solid which preferably possesses a high heat capacity, mechanical strength, chemical resistance and low cost.
  • the solid used as a heat carrier should have properties to absorb sulfur-containing compounds such as 3 ⁇ 4S or SO 2 , both generated respectively in the processes of thermolysis and combustion.
  • sulfur-containing compounds such as 3 ⁇ 4S or SO 2
  • the energy transmitted to the NFU particles is reversed in heating the solid to the decomposition temperature and in promoting the devolatilization reactions.
  • the solid that leaves the reactor (572 kg / h) is formed by the pyrolytic carbon black initially added to the NFU (476 kg / h) and by the non-converted inorganic material (96 kg / h) and does so at the temperature nominal reaction (550 ° C).
  • This solid for safety reasons, is cooled to 50 ° C by the solids cooling system shown in Figure 4 that uses water at 20 ° C with a flow rate of 10761 kg / h and a thermal jump of 10 ° C.
  • the gases produced by the devolatilization of rubber are evacuated from the reactor through the expansion chamber specially designed to favor its rapid disappearance from the hot zone thus preserving its possible degradation, and are conducted to a carcass-type condenser. tubes where its partial condensation occurs.
  • This equipment is designed in such a way that the cooling water circulates on the outside of the tubes and the gaseous current to cool inside it in a countercurrent configuration.
  • the condenser uses 27097 kg / h of cooling water at a temperature of 20 ° C that leaves this equipment at 30 ° C.
  • As a result of the cooling of the gas stream to a temperature of 40 ° C its partial condensation occurs, obtaining 769 kg / h of pyrolytic liquids and 159 kg / h of a gas whose composition is shown in Table 2.
  • the gas stream is divided at 50% into two streams.
  • the first is recirculated to the housing of the thermolysis reactor where a series of burners are housed. There it is mixed with 20% of excess air and combustion is carried out generating 614 kW of thermal energy and leaving the housing at a temperature of 700 ° C, clearly higher than the temperature inside the reactor in such a way that Good heat transmission is guaranteed. In this way an efficient transmission of heat to the interior of the reactor is guaranteed.
  • the composition of the combustion gas generated is shown in Table 3.
  • the remaining 50% of gas can also be burned in a torch or in a system that allows the recovery of energy whose design does not form part of the present invention.
  • thermolysis and combustion cycle that has the objective of producing pyrolytic carbon black and thermal or electrical energy. It has been considered as a basis of calculation 1 kg / h of granulated rubber from NFU that is introduced to the thermolysis reactor at 20 ° C and pressure of 1 bar.
  • the elementary and immediate analysis of this material is shown in Table 1. devolatilization of this material inside the reactor object of this invention at 550 ° C, pressure of 1 bar and residence time of the solid of at least 3 minutes will produce 0.381 kg / h of black pyrolytic carbon and 0.619 kg / h of a gas formed mainly by hydrocarbons.
  • the gas stream produced at 550 ° C is conducted to a combustion chamber where it reacts with 20% of excess air producing its total combustion with an adiabatic temperature of flame of 1996 ° C.
  • the combustion chamber is equipped with a heat recovery system to which the gas yields 5,215 kW which causes its temperature to drop to 700 ° C.
  • This hot gas is then conducted to the outside of the thermolysis reactor in such a way that it transfers 0.391 kW of its thermal energy to a temperature of 590 ° C. This heat released by the gas is transferred to the interior of the thermolysis reactor, thus producing the devolatilization of the material.
  • the still hot combustion gas (590 ° C) is conducted back to the heat recovery system to which it gives 1.5 kW until it reaches a temperature of 150 ° C. Finally, this gas is expelled to the outside by means of a chimney.
  • the composition of the gas emitted is shown in Table 4.
  • the surplus of thermal energy produced (6,714 kW) can be used to supply heat to other processes that require it or to produce electricity through a steam cycle. In that case, if an efficiency is considered of conversion to electricity of 25%, 1,678 kWe could be produced for each kg of processed tire, in addition to producing the aforementioned 0.381 kg of pyrolytic carbon black.
  • thermolysis + combustion cycle of pyrolytic carbon black and in which liquid fuels are recovered see Figure 4
  • It is considered a plant in which 15000 tonnes / year of crushed rubber from a used tire is introduced as a raw material.
  • a design is proposed in which the plant is operative for 7000 h / year which leads to a tire consumption of 2143 kg / h.
  • This feed (used tire feed stream (Fl) in Figure 4) is introduced cold from a hopper system as described in the present invention and falls into the screw type reactor in which it is joined inside with Another stream of hot solids at 800 ° C from a combustion reactor (hot sorbent recycle (F19) in Figure 4).
  • the characteristics of this stream are shown in Table 5.
  • Table 5 Characteristics of the stream of hot solids (recycle of hot sorbent
  • the sensible heat transporting the stream of hot solids (recycle of hot sorbent (F19) in Figure 4) It compensates the energy needed to heat the rubber fed (used tire feed stream (Fl) in Figure 4) and the energy needed to decompose it, so that the final temperature of the mixture reaches 550 ° C. Under these conditions, the spontaneous partial decomposition of the rubber produces a current in gas phase (stream of devolatilized products of the tire in gas phase (F3) in Figure 4) and another solid one (stream of hot pyrolytic carbon black (F2) in Figure 4).
  • the gas phase current has a mass flow rate of 1328 kg / h and is conducted to a carcass-tube type condensation system in which 30 m 3 / h of cooling water circulates at a temperature of 20 ° C and exits at a temperature of 20 ° C. 30 ° C.
  • the gaseous current is cooled to a temperature of 40 ° C, producing the condensation of 1098 kg / h of liquid fuels (liquid fuel stream (F5) in Figure 4).
  • the non-condensed stream (stream of gaseous products not condensed to the combustion reactor (F21) in Figure 4) has a mass flow rate of 230 kg / h and is conducted to a burner located in a combustion reactor.
  • the solid stream will be a mixture of the pyrolytic carbon black formed during the decomposition of the rubber and the stream of hot solids previously introduced into the reactor.
  • the composition and mass flow rates of this stream are shown in Table 6 together with the mass flow rates of the different constituents.
  • This stream of solids is transported to a combustion reactor where it is burned together with the non-condensed gas stream.
  • the combustion reactor is operated at a temperature of 800 ° C and a mass air flow of 13026 kg / h is used.
  • a mass flow rate of 438 kg / h of CaCC> 3 is introduced to maintain the system activity.
  • a purge of solids of the system of 456 kg / h is carried out that can go to landfill or even be used as raw material in cement plants.
  • 5950 kg / h of solids at 800 ° C are extracted from the combustion reactor and are recirculated to the thermolysis reactor to close the cycle.
  • the combustion gas stream (F15) is emitted to the atmosphere with a mass flow of 14055 kg / h.
  • Table 7 The characteristics of this current are shown in Table 7.
  • the energy balance of the combustion reactor is positive in such a way that it is possible to extract and recover thermal energy from its interior and from the combustion gases generated. If these gases are emitted into the atmosphere at 150 ° C, it is possible to recover up to 7.7 thermal MW capable of being converted into mechanical work through a Rankine cycle and later into electricity. Thus, if the return to electricity conversion is 25%, it would be possible to produce 1.9 MW of electricity that could be exported to the grid.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para revalorizar energética y materialmente una materia prima que comprende carbono en su composición elemental caracterizado porque comprende:(a)una etapa de reacción de termólisis en el interior de un reactor de termólisis (1) que comprende un transportador de tornillo sinfín (20) macizo o hueco, donde dicho transportador de tornillo sinfín (20) desplaza la materia prima alimentada al reactor de termólisis (1) a lo largo del mismo, a la vez que la materia prima se desvolatiliza y/o reacciona químicamente, dando lugar a una fracción sólida carbonosa correspondiente a la materia prima convertida y a una fracción gaseosa;(b) laadición al reactor de termólisis (1) de una corriente de gas que reduce la presión parcial de O2 en el interior del reactor de termólisis (1), evitando la oxidación y/o combustión parcial de los componentes de la fracción gaseosa; (c)la extracción de la fracción gaseosa a medida que se va generando, a través de una cámara de expansión situada en el reactor de termólisis (1);(d)la condensación o el reformado o la combustión de dicha fracción gaseosa;(e)el enfriamiento y recogida de la materia prima convertida a través de un tornillo sinfín enfriador de sólidos (27).Es asimismo objeto de la invención una instalación para llevar a cabo dicho procedimiento.

Description

PROCEDIMIENTO Y APARATO DE TERMOLISIS DE POLÍMEROS DE DESECHO Sector de la técnica
Los sectores productivos en los que se puede aplicar la siguiente invención se enmarcan en la industria química y de producción de energía. Entre ellos destacan las empresas que trabajan en reciclaje de caucho y materias plásticas y en producción de energía eléctrica o térmica de fuente renovable .
Estado de la técnica
En los últimos años, las normativas ambientales han sido cada vez más restrictivas con respecto al vertido y procesado de los materiales de desecho no biodegradables . Las normativas han llevado a que en la actualidad sea una práctica habitual el reprocesado y reciclado de materiales de desecho, tales como plásticos, papel, caucho y otros materiales potencialmente combustibles, para obtener nuevos materiales y productos reutilizables y valiosos en lugar de destinarlos a vertederos o simplemente quemar dichos materiales de desecho, en algunos casos incluso sin recuperación energética.
Dentro de los residuos sólidos no biodegradables se encuentran los neumáticos fuera de uso o NFU. Finalizada su vida útil, los neumáticos fuera de uso (NFU) se convierten en residuos. La utilización masiva de neumáticos ha generado un grave problema: la disposición del NFU una vez agotada su vida útil. Millones de neumáticos de coches, camiones y todo tipo de vehículos se desechan cada año en el mundo. Los NFU son un problema global, consecuencia del desarrollo económico, que implica un aumento constante del parque móvil, además de los ya desechados históricamente. Tras la vida útil del neumático, unos pocos, están en condiciones de volverse a utilizar, otros son reciclados, pero el resto, hasta la actualidad, acababa en vertederos o vertidos ilegalmente en sitios desocupados. Los neumáticos son prácticamente indestructibles por el paso del tiempo ya que están especialmente diseñados para resistir duras condiciones de rodadura tanto mecánicas como meteorológicas. Por ello es necesaria una concienciación de la magnitud del problema ambiental causado por los NFU y tratar de encontrar una solución realista tanto para su gestión como para su eliminación, con el fin de proporcionar una solución global al doble problema del Impacto Medioambiental y del desecho y despilfarro de materias primas y recursos naturales ocasionado por su generación y acumulación.
La legislación relativa a la gestión de los neumáticos usados está en la actualidad plenamente desarrollada y en vigor a nivel europeo, estando regulados específicamente desde 1999.
La valorización energética, pese a ser la última opción en el orden de jerarquía según la normativa, actualmente juega un papel muy importante para poder conseguir el objetivo de "vertido cero" de NFU. Las principales tecnologías de valorización son la termólisis, el reformado y la combustión, pero, según esta directiva, independientemente de cuál sea el proceso empleado se consideran indistintamente procesos de incineración. Por lo tanto todo proceso térmico de valorización de NFU debe cumplir con las estrictas restricciones en lo que se refiere a emisiones, establecidas en la Directiva 2000/76/CE.
A nivel estatal, cada Estado Miembro de la Unión Europea desarrolló su propia legislación a partir de estas Directivas. En España, la legislación prohibe el vertido de neumáticos usados troceados a partir de julio de 2006. Además, para asegurar la correcta gestión de estos residuos se aprobó el Plan Nacional de Neumáticos Fuera de Uso (PNNFU) 2001-2006. En el año 2008 se redacta el II Plan Nacional de Neumáticos Fuera de Uso 2008-2015 (II PNFU) como revisión del PNNFU 2001-2006, donde se establecen nuevos objetivos ecológicos para la gestión de los neumáticos fuera de uso. De acuerdo con la normativa europea, la gestión que propone el II PNNFU puede seguir tres posibles vías, por orden de prioridad: Reutilización de NFU, reciclado mediante tratamientos de NFU para la obtención de materias primas utilizadas en otros procesos de producción industrial y valorización de los neumáticos fuera de uso para la generación de energía. Estos objetivos suponían un gran cambio en la gestión de NFU teniendo en cuenta que, según datos oficiales, en el año 2000 el 75% de las aproximadamente 300000 toneladas/año generadas aún era destinado a vertedero. Actualmente, la gestión de los NFU que se generan en todo el territorio nacional corresponde actualmente a dos Sistemas Integrados de Gestión (SIG) : SIGNUS Ecovalor (constituido por los cinco principales productores de neumáticos (Bridgestone, Continental, Gooyear-Dunlop, Michelín y Pirelli) y Tratamiento de Neumáticos Usados (TNU) , con aproximadamente 60 empresas adheridas.
Ante esta situación, productores, fabricantes, investigadores, empresas de reciclado y otros, están realizando estudios e investigaciones sobre las características y usos potenciales del caucho y los productos procedentes de los NFU, así como el posible impacto medioambiental de estos tratamientos, para poder alcanzar los objetivos fijados en el II-PNNFU: "vertido cero", reutilización del 20%, reciclado del 50% y valorización energética del 30 % en peso.
Dentro de los diversos procesos termoquímicos aplicables al aprovechamiento del NFU destaca la pirólisis o termólisis. Se trata de un proceso termoquímico que consiste en la degradación térmica de un material bajo atmósfera inerte. Tradicionalmente, este proceso ha sido utilizado para la obtención de líquidos a partir de carbón, biomasa o residuos. Si se aplica este proceso a materiales como el NFU, se produce su descomposición y transformación dando lugar a dos corrientes, una gaseosa y otra sólida, que potencialmente pueden tener valor comercial:
1) Fracción sólida carbonosa también llamada negro de carbón pirolítico: materia orgánica no transformada en productos líquidos y gaseosos, junto a la que se encuentran los componentes inorgánicos que se añaden al neumático, fundamentalmente óxidos de silicio y de zinc.
2) Fracción gaseosa: compuesta principalmente por hidrógeno, óxidos de carbono (monóxido de carbono y dióxido de carbono) , hidrocarburos ligeros (metano, etano, etileno, propano, propileno, butano, isobutano, butadieno, etc) , sulfuro de hidrógeno e hidrocarburos de mayor peso molecular tales como la fracción BTX, otros compuestos aromáticos sustituidos, compuestos de tipo nafténico como el limoneno o incluso hidrocarburos lineales (Berrueco C, Esperanza E, Mastral FJ, Ceamanos J, Garcia-Bacaicoa P, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2005, 74, 245-253).
Numerosos autores han estudiado la influencia de las distintas variables de operación (temperatura, rampa de calentamiento, tiempo de residencia, presión, tipo de neumático,...) sobre los productos obtenidos tras la termólisis. Williams et al (Williams PT, Besler S, Taylor DT, Fuel 1990, 69, 1474-1482) estudiaron la influencia de la temperatura y la rampa de calentamiento observando que su incremento producía un aumento de la fracción gaseosa obtenida. Resultados similares fueron obtenidos por Diez et al (Diez C, Martínez O, Calvo LF, Cara J, Moran A, Waste Management 2004, 24, 463-469) . Pese a la gran variedad de neumáticos existentes, según la literatura parece que no existe una dependencia entre los rendimientos cuantitativos y el tipo de neumático empleado.
La termólisis de neumático a escala laboratorio ha sido realizada en una gran variedad de reactores experimentales, como termobalanzas para determinar la cinética de reacción, autoclaves, lecho fluidizado, termólisis a vacío y principalmente son numerosos los trabajos realizados en lecho fijo. En estos trabajos se refleja la influencia de la instalación experimental empleada sobre los rendimientos obtenidos.
Apenas se han encontrado en la bibliografía instalaciones experimentales de tratamiento en continuo de este material. Diez et al (Diez C, Sánchez ME, Haxaire P, Martínez O, Moran A, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2005, 74, 254- 258) emplearon un reactor de lecho móvil en el que se alimentaba una determinada carga de material. Serrano et al (Serrano DP, Aguado J, Escola JM, Garagorri E, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2001, 58, 789-801) han desarrollado un reactor similar para tratamiento de distintos polímeros pero con una capacidad máxima de 100 g/h.
La patente US5728361 divulga un procedimiento de obtención de negro de carbono a partir de sustancias elastoméricas como ruedas fuera de uso mediante termólisis y reformado. Se trata de un proceso continuo pudiéndose llevar a cabo en vacío o a altas presiones. Sin embargo este proceso presenta como desventajas que la transferencia de calor en el reactor de termólisis se realiza únicamente a través de la pared del reactor, lo que dificulta la escalabilidad del proceso, ya que cuanto mayor es el reactor menor es el área en proporción de transferencia de calor; los canales para evacuar el material desvolatilizado no son los más adecuados ya que son mucho más pequeños que el volumen del reactor generando además pérdidas de carga en el sistema; y por último el reactor es complejo mecánicamente al tratarse de un sistema con un cilindro giratorio de tal manera que todo el sistema tiene que estar en movimiento al mismo tiempo que se garantiza la estanqueidad .
La patente ES2160258 describe un proceso para producir energía térmica a partir de combustibles carbonosos sólidos que comprende los procesos de termólisis y reformado continuo alimentando el material por lotes por la acción de un martinete en una pluralidad de tubos del reactor de termólisis dispuestos horizontalmente siendo descargados los residuos sólidos en un reactor vertical donde se realiza el reformado. Esta patente está dirigida a un sistema de alimentación de sólido por lotes, lo que representa una desventaja frente a otros procesos que tratan el material en continuo. Además, la transmisión de calor se realiza únicamente a través de la pared del reactor y no se describe ningún sistema de evacuación de volátiles que evite la degradación térmica del material inicialmente desvolatilizado .
La patente US4123332 divulga un proceso de revalorización energética a partir de sólidos carbonizables (como por ejemplo neumáticos usados) mediante un proceso de termólisis en un reactor de lecho móvil de aspas rotantes. Los productos finales son revalorizables y comprenden fracciones sólidas (residuos que contienen carbono) , liquidas (hidrocarburos) y gaseosas (combustibles) . El reactor de lecho móvil de aspas rotantes descrito en esta patente presenta como desventajas que por este diseño exista la posibilidad de que el material pueda estancarse en su movimiento hacia la salida del reactor dando lugar a una distribución de tiempos de residencia del material en el interior del mismo y por tanto a un abanico de conversiones no deseable. Además, al igual que en las patentes anteriores la transmisión de calor se realiza únicamente a través de la pared del reactor y no se describe ninguna via para evacuar el material desvolatilizado a medida que se va generando.
La patente WO2004072207 divulga un sistema de termólisis seguido de reformado para la obtención de gas de síntesis a partir de productos de desecho. Las temperaturas de termólisis se realizan en torno a 500°C y las de reformado en torno a 1000°C. La principal desventaja que presenta este proceso es que requiere de un aporte extra de energía en la etapa de reformado. La patente WO2005108525 describe un proceso de termólisis de neumático fuera de uso para obtener líquidos y negro de carbón. Utiliza un reactor de lecho móvil consistente en una cinta transportadora metálica, la cual se sitúa dentro de un horno calentado externamente. Los productos desvolatilizados son transportados a un sistema de condensación donde se recuperan combustibles líquidos. Por su parte, los gases son quemados para recuperar energía de los mismos, la cual puede ser aprovechada para realizar el proceso de termólisis. Las principales desventajas que presenta esta tecnología radican en la complejidad técnica/mecánica del reactor ya que el diseño propone un gran número de ejes rotantes que atraviesan la carcasa del reactor haciendo necesaria la instalación de numerosos sistemas de cierre y estanqueidad . Además, mediante este diseño existe poca área disponible para la transferencia de calor desde el exterior hasta los productos reaccionantes lo cual dificulta considerablemente su escalabilidad . Por lo que respecta a los aspectos novedosos de este trabajo, no se ha encontrado en bibliografía un proceso que combine: termólisis en reactor tipo tornillo sinfín (auger) como el descrito en esta invención con una unidad de combustión o reformado conectadas ambas dos en línea. Además, tampoco se ha encontrado en bibliografía un reactor de termólisis con la característica singular de poseer una cámara a lo largo del reactor para evacuar el material desvolatilizado y evitar así su degradación prematura como el propuesto en esta invención.
Otra característica singular de la presente invención radica en que ninguna de las patentes anteriormente citadas describe un proceso de limpieza del azufre presente en el material de desecho de cara a cumplir con la legislación en lo que a emisiones de este contaminante se refiere como el descrito en la presente invención o para mejorar las características de los productos obtenidos al menos en lo que a su análisis elemental respecta.
Finalmente, a diferencia de las tecnologías revisadas en bibliografía, en la presente invención se muestra una tecnología que resuelve mediante un proceso sencillo uno de los principales problemas que presentan las tecnologías actuales de valorización de NFU como es la transmisión de calor desde el exterior al interior del reactor mejorando las perspectivas de escalabilidad .
Descripción breve de la invención
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para revalorizar energética y materialmente una materia prima biodegradable o no biodegradable que contenga carbono en su composición elemental de forma simultánea mediante un ciclo de termólisis (ver Figura 1), termólisis + reformado (ver Figura 2) o termólisis + combustión (ver Figuras 3 y 4) .
Dicho procedimiento para revalorizar energética y materialmente una materia prima que comprende carbono en su composición elemental se caracteriza porque comprende: (a) una etapa de reacción de termólisis en el interior de un reactor de termólisis (1) que comprende un transportador de tornillo sinfín (20) macizo o hueco, donde dicho transportador de tornillo sinfín (20) desplaza la materia prima alimentada al reactor de termólisis (1) a lo largo del mismo, a la vez que la materia prima se desvolatiliza y/o reacciona químicamente, dando lugar a una fracción sólida carbonosa correspondiente a la materia prima convertida y a una fracción gaseosa;
(b) la adición al reactor de termólisis (1) de una corriente de gas que reduce la presión parcial de O2 en el interior del reactor de termólisis (1), evitando la oxidación y/o combustión parcial de los componentes de la fracción gaseosa;
(c) la extracción de la fracción gaseosa a medida que se va generando, a través de una cámara de expansión situada en el reactor de termólisis (1);
(d) la condensación o el reformado o la combustión de dicha fracción gaseosa;
(e) el enfriamiento y recogida de la materia prima convertida a través de un tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) . La materia prima empleada en el procedimiento anterior comprende material de caucho, material polimérico, combustibles fósiles o biomasa. Preferiblemente comprende neumático fuera de uso (NFU) .
Los productos finales del proceso de revalorización de la presente invención, en el caso de que se aplique exclusivamente a NFU serán negro de carbón pirolítico, combustibles líquidos y energía eléctrica y/o térmica. La obtención de uno o varios de estos productos, así como su proporción relativa dependerán del proceso finalmente seleccionado .
Un segundo aspecto de la presente invención radica en el diseño de un reactor de lecho móvil con tornillo sinfín tipo auger para realizar la termólisis y que resuelve el problema de transferencia de calor hacia el material reactivo, facilita el tránsito de material en el mismo, permite poder ajusfar el tiempo de residencia de los NFU para un volumen constante de reactor y de forma independiente a la cantidad alimentada y, por su especial diseño, evita una excesiva degradación del material inicialmente desvolatilizado, siendo ésta la principal ventaja del reactor propuesto y lo que lo diferencia de otros diseños recogidos en el estado del arte.
Un tercer aspecto de la presente invención consiste en la incorporación de un sorbente en el reactor de termólisis, preferiblemente de tipo cálcico, de tal manera que se consiga la eliminación parcial o total del azufre que entra en el sistema con el NFU tanto en la fase gas como en los posibles combustibles líquidos obtenidos. Este sorbente, debido a las características intrínsecas del ciclo propuesto, suple también las necesidades energéticas de la etapa de termólisis al entrar en dicho reactor a alta temperatura.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 representa un diagrama del proceso termólisis ;
La figura 2 representa un diagrama del proceso termólisis y reformado;
La figura 3 representa un diagrama del proceso de termólisis y combustión;
La figura 4 representa un diagrama del proceso de termólisis y combustión de char;
La figura 5 representa un esquema del reactor de termólisis y del enfriador de sólidos.
Listado de referencias
1 Reactor de termólisis
2 Enfriador del negro de carbón pirolítico
3 Condensador
4 Quemador de gas
5 Reactor de reformado (de los productos desvolatilizados)
6 Recuperación de calor
7 Máquina térmica (motor o turbina)
8 Alternador
9 Reactor de combustión de los productos desvolatilizados
10 Ciclo de vapor 11 Reactor de combustión
12 Tolva superior
13 Tolva inferior
14 Válvula
15 Sinfín alimentador
16 Motor reductor (alimentador)
17 Carcasa interior
18 Cámara de expansión
19 Conducto de salida de gases
20 Transportador tornillo sinfín
21 Eje central (del sinfín reactor)
22 Sistema de cierre (del sinfín reactor)
23 Motor reductor (del sinfín reactor)
24 Entrada de gas de arrastre
25 Carcasa exterior
26 Conducto salida de sólidos
27 Tornillo sinfín enfriador de sólidos
28 Carcasa interior (del tornillo sinfín enfriador de sólidos )
29 Carcasa exterior (del tornillo sinfín enfriador de sólidos )
30 Placas deflectoras
31 Tubo fijo (de acceso del fluido térmico)
32 Sistema de cierre (de acceso del fluido térmico)
33 Cámara (de recepción de pérdidas)
Corrientes y flujos
F1 Alimentación de neumático usado
F2 Negro de carbón pirolítico caliente
F3 Productos desvolatilizados del neumático en fase gas
F4 Negro de carbón pirolítico frío
F5 Combustibles líquidos
F6 Productos gaseosos no consensados
F7 Flujo de energía desde el quemador de gas hasta el reactor de termólisis
F8 Gas de combustión emitido
F9 Aire para llevar a cabo la combustión del gas
F10 Vapor de agua y/o aire o mezclas de ellos F11 Productos gaseosos convertidos a alta temperatura
F12 Flujo de energía desde la recuperación de calor hasta el reactor de termólisis
F13 Productos gaseosos convertidos a baja temperatura
F14 Aire
F15 Gas de combustión
F16 Gas de combustión a alta temperatura
F17 Flujo de energía desde la recuperación de calor hasta un ciclo de vapor
F18 Gas de combustión a baja temperatura
F19 Reciclo de sorbente caliente
F20 Aporte de sorbente fresco
F21 Productos gaseosos no condensados hacia el reactor de combustión
Descripción detallada de la invención
Un aspecto de la presente invención consiste en la utilización de un nuevo reactor de termólisis caracterizado por disponer en su interior de un tornillo sinfín para desplazar los sólidos en su interior a la vez que se desvolatilizan y/o reaccionan químicamente y por disponer también de una cámara de expansión que facilita la rápida evacuación de los productos volátiles hacia el exterior, constituyendo esta característica una clara mejora de los reactores existentes y recogidos en el estado del arte.
Además, el proceso propuesto se caracteriza por permitir la conexión o interconexión dependiendo de la configuración final del proceso con otro reactor auxiliar en el que se oxida total o parcialmente una de las corrientes efluentes del reactor de termólisis. El aislar los distintos procesos en reactores conectados tiene la ventaja de permitir trabajar con diferentes variables de operación precisamente para poder trabajar bajo condiciones óptimas en cada una de las etapas. Así, mediante este procedimiento, se pueden llevar a cabo dos procesos químicos distintos que poseen diferente temperatura, atmósferas de reacción (inerte u oxidante) y tiempos de residencia variables tanto para los sólidos como para los gases . En el reactor de termólisis se lleva a cabo la descomposición de la materia prima a una temperatura comprendida entre 400°C y 1000°C, preferiblemente entre 500°C y 600°C, dependiendo de las disponibilidades térmicas para calentar el reactor, del área para el intercambio de calor, del objetivo final del proceso, de las condiciones de operación del segundo reactor y de la materia prima a procesar. La presión de trabajo puede estar comprendida entre 1 mbar y 10 bar, aunque preferiblemente entre 0.8 y 1.2 bar. El tiempo de residencia del sólido en el interior puede estar comprendido entre 0.2 minutos incluso hasta varias horas, si bien los tiempos de residencia deseables estarán comprendidos entre 1 y 5 minutos para conseguir la desvolatilización completa del material en un volumen mínimo de reactor.
El procedimiento propuesto para llevar a cabo la termólisis consta de las siguientes etapas (ver Figura 5) :
1. Etapa de alimentación de la materia prima: esta etapa consta de una sección estanca constituida por al menos dos tolvas (tolva superior (12) y tolva inferior (13) en Figura 5) cerradas con una capacidad de almacenamiento de sólidos acorde con el tamaño del reactor. Estas tolvas están unidas entre sí a través de una válvula (14) que puede ser accionada manual o automáticamente y que permite el tránsito de sólidos a su través. Con el fin de evitar la formación de bóvedas que distorsionen la alimentación, las tolvas pueden estar dotadas de hélices auxiliares en su interior o cualquier otro sistema que las destruya o evite la formación de las mismas. El diseño específico de estos sistemas anti bóvedas forma parte del estado del arte. La tolva superior (12) dispone además de otra válvula (14) que puede ser accionada manual o automáticamente, la cual comunica con el exterior y permite la alimentación de material fresco al sistema. La segunda tolva, descarga directamente por gravedad sobre un alimentador de sólidos (sinfín alimentador (15) en Figura 5) que puede ser o no del tipo tornillo sinfín. En caso de que el alimentador sea de tipo tornillo sinfín, éste tendrá un diámetro, sección y tamaño de paso apropiados para alimentar la cantidad deseada de material al reactor. El diseño específico de este tornillo sinfín forma parte del estado del arte en el diseño de tornillos sinfín para alimentadores de sólidos troceados o granulados. El eje del tornillo sinfín alimentador, estará unido a un sistema motor-reductor (motor reductor alimentador (16) en Figura 5) alimentado eléctricamente y dotado de un variador de frecuencia para así poder regular su velocidad de giro y de esta manera también poder modificar la cantidad de sólido a alimentar sin necesidad de modificar la geometría del tornillo. El diseño específico del motor eléctrico, reductor y variador de frecuencia forman parte del estado del arte en el campo de motores eléctricos y su regulación electrónica. En caso de que sea necesario, el sistema de alimentación no tiene que ser necesariamente único, sino que también es posible que el diseño final posea varias tolvas unidas a diferentes tornillos de alimentación independientes que simultáneamente alimenten a un único reactor de termólisis. Este sistema sería especialmente apropiado en el caso de querer alimentar al reactor de termólisis sólidos de diferente naturaleza con diferente densidad y/o tamaño de partícula. De esta manera se evitaría la segregación y separación de sólidos diferentes contenidos en una única tolva. La sección de alimentación es estanca y está dotada de un cierre de gas para evitar reflujo de productos de termólisis hacia la zona de alimentación (entrada de gas de arrastre (24) en Figura 5) .
2. Etapa de reacción: esta etapa consta de un reactor de lecho móvil construido en material metálico y resistente química y mecánicamente a altas temperaturas y atmósferas potencialmente corrosivas y que mueve a su través la materia prima suministrada por la etapa de alimentación por lo que comunica con el sistema de alimentación de sólidos, la salida de gases y el sistema de enfriamiento de sólidos convertidos. Consta de una carcasa interior (17) que puede estar construida en acero inoxidable, acero refractario o cualquier otro material de tipo metálico que sea resistente a altas temperaturas y permita una transferencia eficiente de calor a su través. La carcasa interior está caracterizada por disponer de una entrada de sólido reaccionante en la parte superior, una salida de sólidos convertidos en la parte inferior (conducto salida de sólidos (26) en Figura 5), una cámara de expansión (18) en la parte superior y un sistema de cierre del sinfín reactor (22) constituido por un conjunto de bridas y juntas mecanizadas. La geometría de esta carcasa interior permite el fácil movimiento del material sólido en su interior y la rápida evacuación del material desvolatilizado hacia el segundo reactor o hacia el condensador evitando su excesivo craqueo. Esta característica singular del reactor de termólisis lo diferencia drásticamente de otros diseños recogidos en el estado del arte y supone una ventaja evidente al evitar la degradación excesiva de los productos liberados. La parte final de esta cámara de expansión comunica con el conducto térmicamente aislado (conducto de salida de gases (19) en Figura 5) que une el reactor de termólisis con el reactor de combustión o el reactor de termólisis con el reactor de reformado o el reactor de termólisis con el condensador dependiendo de la configuración final del proceso. Es importante que este conducto esté suficientemente aislado con el objeto de evitar fugas de calor hacia el exterior y la posible condensación de productos de termólisis en zonas no deseadas de la instalación. El tamaño y tipo de aislamiento será el apropiado para mantener una temperatura interna en la conducción no inferior a 500°C y el diseño final forma parte del estado del arte en sistemas de aislamiento térmico. La cámara de expansión puede estar diseñada de forma que permita la evacuación de gases lateral en el lado final del sinfín por donde se evacúa el sólido obtenido o bien puede estar diseñada de forma que permita la evacuación central de los gases respecto a la longitud del reactor de termólisis.
Adicionalmente, y con el objeto de limpiar partículas sólidas que acompañen al gas de termólisis, es posible instalar uno o varios ciclones en serie o en paralelo a la salida del reactor de termólisis. Al igual que el conducto descrito anteriormente, estos equipos deben de estar construidos en material metálico resistente a altas temperaturas y convenientemente aislados térmicamente para minimizar las fugas de calor y evitar condensaciones. La geometría específica de estos equipos forma parte del estado del arte en el diseño de sistemas de limpieza de partículas en gases de tipo ciclónico y no es objeto de la presente invención. En el interior de la carcasa se aloja un tornillo sinfín (transportador tornillo sinfín (20) en Figura 5) constituido por un eje y unos álabes o espiral y una placa en forma de corona circular soldada en ambos extremos del tornillo para evitar el posible paso de material sólido hacia las zonas de cierre del reactor. El tornillo sinfín puede estar construido en el mismo material que la carcasa o no pero siempre en material metálico resistente química y mecánicamente a altas temperaturas y atmósferas potencialmente corrosivas y que mueve a su través el sólido suministrado por la sección de alimentación previamente descrita. La longitud, sección y tamaño de paso de este tornillo sinfín dependerán del tamaño final del reactor y de la cantidad de sólidos que se quieran procesar y su diseño final forma parte del estado del arte en el diseño de transportadores de sólidos granulados mediante tornillo sinfín. El eje central del sinfín reactor (21) puede ser macizo o hueco. En este último caso, podría circular a su través un gas o un fluido térmico caliente para transmitir calor al interior del reactor de termólisis y así favorecer la descomposición de la materia prima. De esta manera, el tornillo sinfín actuaría no solamente como mero transportador de sólidos sino que también proporcionaría superficie muy eficaz para la transmisión del calor desde el exterior al material reaccionante al estar en contacto directo y continuo con el mismo. En tal caso, se deberá de proveer al tornillo sinfín de un sistema que evite el escape del gas o fluido térmico hacia el exterior caracterizado por disponer de un tubo fijo (31) de acceso de fluido térmico concéntrico y aislado con respecto al eje del tornillo sinfín (21) y que introduce el gas hasta la zona caliente del reactor, un sistema de cierre de acceso del fluido térmico (32) compuesto por una serie de juntas y retenes que unen el eje rotatorio del tornillo sinfín (21) con el tubo fijo (31) de acceso de fluido térmico y de una cámara de recepción (33) que sirve para recoger el gas o fluido térmico que escapa del tornillo sinfín. El movimiento del tornillo sinfín se garantiza mediante su unión a un motor eléctrico (motor reductor sinfín reactor (23) en Figura 5) dotado de un reductor y un variador de frecuencia. La presencia de este último elemento es clave en el sistema ya que de esta manera se podrá modificar la velocidad de giro del tornillo y así el tiempo de residencia del sólido en el interior del reactor sin tener que modificar la geometría del tornillo sinfín. Un accesorio importante del reactor de termólisis es la entrada de gas (entrada de gas de arrastre (24) en Figura 5), la cual se sitúa en una zona fría del reactor y próxima a la unión con la sección de alimentación. El aporte de gas cumple un doble cometido: por una parte reduce la presión parcial de O2 en el interior del reactor evitando la combustión/oxidación parcial de los productos volátiles liberados y, por otra parte, actúa como cierre de gas evitando el reflujo de productos de termólisis hacia la zona de alimentación. Dicho reflujo ocasionaría la degradación prematura del material alimentado con el consiguiente riesgo de obstrucción de conductos. Este aporte de gas inerte se realiza desde un depósito presurizado y de forma controlada mediante la utilización de un controlador de flujo másico o de una válvula de control cuyos diseños forman parte del estado del arte en sistemas de regulación y control de gases. Asimismo, también es de vital importancia el sistema de sellado del reactor, especialmente en lo que concierne al cierre de las partes móviles (tornillo sinfín) con las fijas (carcasa del reactor) . En general, el sistema de cierre del sinfín reactor (22) consta de una serie de juntas y retenes alojados en bridas mecanizadas a tal efecto y resulta conveniente que se encuentre en una zona fría del reactor para así evitar la degradación prematura de los retenes que, en general, son de material polimérico. Si bien ya se ha mencionado que parte de la energía térmica necesaria para llevar a cabo la reacción de termólisis puede transmitirse utilizando la superficie del tornillo sinfín, en general, será necesario un aporte de energía a través de la carcasa. Este aporte de energía puede realizarse mediante diversos procedimientos. Por ejemplo, es posible instalar un horno eléctrico alrededor de la carcasa interior o se puede instalar una carcasa exterior que envuelve al conjunto reactor de termólisis y carcasa interior con un sistema de quemadores que calienten directamente la carcasa interior quemando gas natural, propano o cualquier otro hidrocarburo o incluso parte de los productos producidos en la termólisis (carcasa exterior (25) en Figura 5) . En caso de que no se disponga de una corriente de gas combustible, es posible instalar un sistema que transmita el calor sensible contenido en una corriente de fluido térmico a alta temperatura a través de la pared del reactor. Finalmente, también es posible aportar la energía al proceso mediante la alimentación de un sólido caliente a una temperatura superior a la de operación del reactor (ver Figura 4) . La elección de un sistema u otro será función de la geometría final de la carcasa y de la capacidad de procesamiento del reactor. Independientemente del sistema calefactor seleccionado, y en el caso de procesarse NFU, será necesario garantizar una temperatura mínima en el interior del reactor de 400°C. Temperaturas inferiores podrían acarrear una deficiente desvolatilización del material alimentado.
3. Etapa de enfriamiento y recogida de materia prima convertida: la materia prima convertida procedente del reactor de termólisis atraviesa un conducto (conducto salida de sólidos (26) en Figura 5) que, dependiendo del proceso completo, puede comunicar con un sistema de enfriamiento de sólidos de diseño similar al reactor de termólisis. Esta etapa comprende un tornillo sinfín (tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) en Figura 5) para recoger, mover y enfriar la materia prima convertida caracterizado por disponer de: un eje que puede ser hueco para transportar un fluido refrigerante o agua por su interior o bien puede ser macizo; unos álabes o espiral del tornillo sinfín; una carcasa metálica interior que aloja al tornillo sinfín (carcasa sinfín enfriador (28) en Figura 5); una placa en forma de corona circular soldada en ambos extremos del tornillo para evitar el posible paso de material sólido hacia las zonas de cierre del tornillo; una carcasa exterior (29) que envuelve al conjunto tornillo y carcasa interior caracterizada por disponer de una serie de placas deflectoras (30) colocadas perpendicularmente al eje del tornillo sinfín las cuales dejan hueco alternativamente en la parte superior e inferior de la carcasa exterior para aumentar el recorrido del agua o fluido refrigerante y de esta manera conseguir un mayor enfriamiento. El agua o fluido refrigerante puede circular a contracorriente o en corrientes paralelas con respecto al sólido. Finalmente, los sólidos enfriados son conducidos a un depósito cerrado donde son almacenados.
Dependiendo del destino final que tengan los productos orgánicos desvolatilizados en el reactor de termólisis representados por la corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) y que han abandonado el reactor de termólisis a través del conducto de salida de gases (19) de la Figura 5, los equipos propuestos y sus condiciones de operación variarán.
La primera configuración posible consistirá en disponer un sistema de condensación que permita la reducción de temperatura de la corriente. En caso de que la materia prima sea NFU, la fracción gaseosa generada a medida que la materia prima se desvolatiliza, se corresponde a la corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) de la Figura 1. El equipo condensador (3) a utilizar puede ser un condensador convencional tipo carcasa-tubos refrigerado por agua o por cualquier otro fluido que sea capaz de absorber la energía transportada por la corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) , si bien son posibles otros diseños descritos en el estado del arte. El sistema de condensación puede estar formado por varios equipos interconectados en serie o en paralelo de tal forma que pueda conseguirse una condensación escalonada y por lo tanto varios productos con diferentes puntos de ebullición y composiciones químicas.
Independientemente del sistema utilizado, deberá de garantizarse una disminución de la temperatura de la corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) hasta alcanzar un máximo de 50°C. Tras la condensación, se obtendrán una o varias corrientes liquidas (representadas por la corriente de combustibles líquidos (F5) en la Figura 1) formadas fundamentalmente por hidrocarburos y otra gaseosa (corriente de productos gaseosos no condensados (F6) en la Figura 1) que no ha sido condensada ya que el punto de ebullición de los productos que la constituyen es inferior a la temperatura de salida del condensador y que en general, estará formada por hidrocarburos ligeros, óxidos de carbono, hidrógeno, nitrógeno y otros compuestos de bajo peso molecular de naturaleza orgánica o inorgánica. La corriente de combustibles líquidos (F5) puede ser considerada como producto final y almacenada convenientemente sin perjuicio de que pueda sufrir tratamientos posteriores para mejorar sus características, si bien dichos tratamientos no son objeto de la presente invención. Por su parte, la corriente de gas no condensado (corriente de productos gaseosos no condensados (F6) en la Figura 1) es conducida a un quemador (quemador de gas (4) en la Figura 1) o sistema de quemadores en los que se alimenta aire (corriente de aire para llevar a cabo la combustión del gas (F9) en la Figura 1) como agente comburente y se lleva a cabo su combustión. Toda o parte de la energía liberada en dicha combustión (corriente de flujo de energía desde el quemador de gas hasta el reactor de termólisis (F7) en la Figura 1) puede ser utilizada para suplir las necesidades energéticas del reactor de termólisis (1) ·
Una segunda configuración posible es la mostrada en la Figura 2. La corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) que abandona el reactor de termólisis (1) por el conducto de salida de gases (19) de la Figura 5, es conducida a través de una conducción calorifugada a un reactor de reformado de los productos desvolatilizados (5) en el que se lleva a cabo su reformado para producir hidrocarburos ligeros, óxidos de carbono e hidrógeno. Este reactor debe operar a alta temperatura comprendida entre 750°C y 1300°C de tal forma que se produzca el craqueo de los productos alimentados y su reacción con el agente reformante (corriente de vapor de agua y/o aire o mezclas de ellos (FIO) en la Figura 2) el cual puede ser vapor de agua, aire o mezclas de los mismos. La presión de operación de este reactor será la misma o preferiblemente ligeramente inferior a la existente en el reactor de termólisis para permitir el transporte de los gases entre ambos reactores. Los posibles tipos de reactores a utilizar podrán ser los típicos utilizados en este tipo de operaciones tales como lechos fijos, lechos fluidizados o incluso quemadores convencionales o adaptados. Como consecuencia del reformado, se obtiene una corriente gaseosa (corriente de productos gaseosos convertidos a alta temperatura (Fll) en la Figura 2) de la cual puede extraerse energía térmica para suplir las necesidades energéticas del reactor de termólisis (1) mediante un sistema de recuperación de calor (6) . El excedente de energía térmica, puede aprovecharse para también generar el vapor necesario para llevar a cabo la reacción de reformado. Una vez que los gases han sido enfriados (corriente de productos gaseosos convertidos a baja temperatura (F13) de la Figura 2), son dirigidos a una máquina térmica (7) como un motor o una turbina de gas en la que se mezclan con aire (F14) produciéndose su combustión. El diseño específico de esta máquina térmica forma parte del estado del arte en diseño y construcción de motores y turbinas de gas y no son objeto de la presente invención. Los gases calientes de combustión generados en la máquina térmica (F15) pueden ser enfriados antes de ser emitidos a la atmósfera y su energía térmica puede ser transferida a otras localizaciones de la planta que demanden energía o incluso ser transferida a un ciclo de vapor auxiliar para generar potencia adicional. La máquina térmica (7) está conectada a un alternador (8) en el que se produce electricidad y cuyo diseño final y características forman parte del estado del arte y no son objeto de la presente invención.
Una tercera configuración posible es la mostrada en la Figura 3. En esta ocasión, la corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) procedente del reactor de termólisis (1) y evacuados de este reactor a través del conducto de salida de gases (19), son conducidos a un reactor de combustión de los productos desvolatilizados (9) en el que se lleva a cabo su oxidación total mediante el aporte de aire, aire empobrecido o aire enriquecido (corriente F14) . El reactor utilizado para esta operación puede ser cualquiera que permita un buen contacto entre la corriente gaseosa y el comburente, preferiblemente un reactor tipo quemador. La energía térmica generada en la reacción de combustión será utilizada parcialmente para suplir las necesidades energéticas del reactor de termólisis (1) a través del flujo de energía desde la recuperación de calor hasta el reactor de termólisis (F12) . El excedente de energía térmica puede ser transferido a un ciclo de vapor (10) en el que se generará electricidad a través de una turbina conectada a un alternador (8) . Las características específicas del ciclo de vapor forman parte del estado del arte en ciclos de potencia y no son objeto de la presente invención. Los productos de combustión ya enfriados (corriente de gas de combustión a baja temperatura (F18) de la Figura 3) son emitidos a la atmósfera a través de la chimenea sin perjuicio de que puedan intercalarse una o varias etapas de limpieza del gas cuyo diseño específico no forma parte de la presente invención.
La cuarta configuración de proceso propuesta es la mostrada en la Figura 4. La corriente de gas caliente generada en el reactor de termólisis (corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) ) es conducida a un sistema de condensación análogo al descrito anteriormente que puede estar formado por uno o varios condensadores en serie o en paralelo que garantizan una disminución de la temperatura de esta corriente hasta alcanzar un máximo de 50°C y cuyo diseño específico forma parte del estado del arte en equipos de condensación. Por su parte, el gas no condensado (corriente de productos gaseosos no condensados hacia el reactor de combustión (F21) en la Figura 4) es conducido a un reactor de combustión (11) en el que se oxida totalmente con aire mediante un quemador. A este reactor de combustión, también se alimenta como combustible la corriente de sólidos generada en el reactor de termólisis (corriente de negro de carbón pirolitico caliente (F2) en la Figura 4), es decir, en el caso de utilizar neumático usado, se alimentará el negro de carbón pirolitico formado en la reacción de desvolatilización. Además, a este reactor también se añade una corriente de sorbente fresco, preferiblemente sorbente de tipo cálcico (aporte de sorbente fresco (F20) en la Figura 4) . En el proceso objeto de la presente invención, se plantea aportar la energía al reactor de termólisis para llevar a cabo la desvolatilización del material a procesar mediante la circulación de un sólido caliente (reciclo de sorbente caliente (F19) en la Figura 4) desde el reactor de combustión (11) hasta el reactor de termólisis (1) . La temperatura de este sólido caliente, y en consecuencia la del reactor de combustión, tendrá que ser superior a la temperatura del reactor de termólisis en al menos 50°C para permitir una eficiente transferencia de calor y una circulación de sólidos entre reactores moderada. Si bien el tipo de reactor de combustión (11) a utilizar en el proceso puede ser cualquiera de los descritos en el estado del arte de reactores de combustión para sólidos, se utilizará preferiblemente un reactor que permita un fácil flujo de sólidos en su interior y que garantice una buena mezcla entre combustible (negro de carbón pirolitico) y sólidos para transportar calor entre reactores ya que el calor generado en la combustión debe de transferirse rápida y eficazmente al transportador de calor. Por lo tanto, se utilizará preferiblemente un reactor de lecho fluidizado que podrá ser operado en modo burbujeante o circulante. Mediante este tipo de reactores es posible garantizar altas eficiencias de combustión y una fácil distribución o incluso extracción del excedente de calor generado. Dependiendo del tipo de material procesado en el reactor de termólisis, puede suceder que la combustión conjunta del gas no condensado y del material sólido no desvolatilizado genere más energía de la necesaria para llevar a cabo la desvolatilización. En este caso, el exceso de energía junto con la energía térmica de la corriente de gas generada en el reactor de combustión (corriente de gas de combustión (F15) en la Figura 4) pueden recuperarse en equipos apropiados de recuperación de calor y generar electricidad a través de un ciclo de vapor cuyo diseño forma parte del estado del arte en ciclos de potencia. El transportador de calor a utilizar puede ser cualquier sólido generalmente inorgánico que preferiblemente posea una alta capacidad calorífica, resistencia mecánica, resistencia química y bajo coste. Preferiblemente, el sólido utilizado como transportador de calor debería de tener propiedades para absorber compuestos que posean azufre tales como el ¾S o el SO2, ambos generados respectivamente en los procesos de termólisis y combustión. De esta manera, al mismo tiempo que se suministra la energía necesaria para la desvolatilización se lleva a cabo la limpieza de los gases en caliente con la consiguiente disminución de las emisiones generadas y ahorro de equipos de limpieza de gases, constituyendo este punto una clara mejora con respecto a los sistemas descritos en el estado del arte.
Ejemplos de realización de la invención
Los ejemplos que a continuación se describen, no deben entenderse sólo como una limitación del alcance de la invención. Por el contrario, la presente invención trata de cubrir todas las alternativas, variantes, modificaciones y equivalencias que puedan incluirse dentro del espíritu y el alcance del objeto de invención.
Ejemplo 1. TERMÓLISIS CON RECUPERACIÓN DE LÍQUIDOS Y NEGRO DE CARBÓN PIROLÍTICO
Para la realización de este ejemplo se ha supuesto que se dispone de una planta capaz de procesar hasta 1500 kg/h de caucho triturado procedente de NFU con el objetivo de producir líquido combustible y negro de carbón pirolítico. Los procesos previos para obtener el material granulado exento de componentes metálicos no son objeto de esta patente y por lo tanto no aparecen descritos en este ejemplo. Las características del material alimentado se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Análisis inmediato y elemental del caucho obtenido a partir de NFU
Figure imgf000026_0001
Se introducen en el reactor de termólisis 1500 kg/h de caucho de NFU granulado (tamaño de partícula entre 5 mm y 20 mm) a una temperatura de 20°C y presión atmosférica a través de un sistema de doble tolva tal y como se representa en la Figura 4. El material cae por gravedad desde el tornillo sinfín alimentador hasta el interior del reactor, el cual se encuentra a una temperatura de 550°C. Las partículas de NFU son transportadas por el tornillo sinfín situado en el interior del reactor a lo largo de su zona caliente. Durante este tránsito se produce una rápida transferencia de calor desde las paredes del reactor y el propio tornillo sinfín a las partículas de NFU. La transferencia de calor se produce fundamentalmente mediante un mecanismo de conducción y está favorecido por el movimiento inducido por el tornillo sinfín. La velocidad de giro del tornillo se ajusta de tal manera que el tiempo de residencia de los sólidos en el interior del reactor sea de 3 minutos. La energía transmitida a las partículas de NFU se invierte en calentar el sólido hasta la temperatura de descomposición y en promover las reacciones de desvolatilización. El sólido que abandona el reactor (572 kg/h) está formado por el negro de carbón pirolítico inicialmente añadido al NFU (476 kg/h) y por el material inorgánico no convertido (96 kg/h) y lo hace a la temperatura nominal de reacción (550°C) . Este sólido, por motivos de seguridad, es enfriado hasta 50°C mediante el sistema de enfriamiento de sólidos mostrado en la Figura 4 que utiliza agua a 20°C con un caudal de 10761 kg/h y un salto térmico de 10°C.
Por su parte, los gases producidos por la desvolatilización del caucho, son evacuados del reactor a través de la cámara de expansión especialmente diseñada para favorecer su rápida desaparición de la zona caliente preservando asi su posible degradación, y son conducidos a un condensador tipo carcasa-tubos donde se produce su condensación parcial. Este equipo se diseña de tal manera que el agua de refrigeración circule por el exterior de los tubos y la corriente gaseosa a enfriar por su interior en una configuración a contracorriente. El condensador utiliza 27097 kg/h de agua de refrigeración a una temperatura de 20°C que sale de este equipo a 30°C. Como consecuencia del enfriamiento de la corriente de gas hasta una temperatura de 40°C, se produce su condensación parcial obteniéndose 769 kg/h de líquidos pirolíticos y 159 kg/h de un gas cuya composición se recoge en la Tabla 2.
Tabla 2. Composición de los gases no condensados obtenidos en la termólisis de caucho de NFU y su poder calorífico
Figure imgf000027_0001
Mientras que los líquidos pirolíticos que abandonan el reactor son conducidos a un tanque de almacenamiento para posterior uso, los gases no condensados son quemados y la energía obtenida es utilizada para proporcionar la energía necesaria para calentar el caucho y provocar su desvolatilización. Por lo tanto, la corriente de gas es dividida al 50% en dos corrientes. La primera es recirculada a la carcasa del reactor de termólisis en donde se alojan una serie de quemadores. Allí se mezcla con un 20% de exceso de aire y se lleva a cabo su combustión generando 614 kW de energía térmica y abandonando la carcasa a una temperatura de 700°C, claramente superior a la temperatura en el interior del reactor de tal manera que se garantice una buena transmisión de calor. De esta manera se garantiza una eficiente transmisión de calor al interior del reactor. La composición del gas de combustión generado se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Composición de los gases de combustión (% en volumen)
Figure imgf000028_0001
El 50% de gas restante, puede ser también quemado en una antorcha o en algún sistema que permita la recuperación de energía cuyo diseño no forma parte de la presente invención.
Ejemplo 2. TERMÓLISIS + COMBUSTIÓN Y RECUPERACIÓN DE NEGRO DE CARBÓN PIROLITICO.
En el siguiente ejemplo se muestra el ciclo de termólisis y combustión que tiene el objetivo de producir negro de carbón pirolítico y energía térmica o eléctrica. Se ha considerado como base de cálculo 1 kg/h de caucho granulado procedente de NFU que es introducido al reactor de termólisis a 20°C y presión de 1 bar. El análisis elemental e inmediato de este material se muestra en la Tabla 1. La desvolatilización de este material en el interior del reactor objeto de esta invención a 550°C, presión de 1 bar y tiempo de residencia del sólido de al menos 3 minutos producirá 0.381 kg/h de negro de carbón pirolitico y 0.619 kg/h de un gas formado fundamentalmente por hidrocarburos. Si bien el negro de carbón pirolitico puede ser enfriado y almacenado para posteriores usos, la corriente de gas producida a 550°C es conducida a una cámara de combustión en donde reacciona con un 20 % de exceso aire produciéndose su combustión total con una temperatura adiabática de llama de 1996°C. La cámara de combustión está dotada de un sistema de recuperación de calor al que el gas cede 5.215 kW lo que hace que su temperatura descienda hasta 700°C. Este gas caliente es a continuación conducido a la parte exterior del reactor de termólisis de tal manera que cede 0.391 kW de su energía térmica hasta alcanzar una temperatura de 590°C. Este calor cedido por el gas es transferido al interior del reactor de termólisis produciéndose de esta manera la desvolatilización del material. El gas de combustión todavía caliente (590°C) es conducido de nuevo al sistema de recuperación de calor al que cede 1.5 kW hasta alcanzar una temperatura de 150°C. Finalmente, este gas es expulsado al exterior mediante una chimenea. La composición del gas emitido se recoge en la Tabla 4.
Tabla 4. Composición de los gases de combustión
(% en volumen)
Figure imgf000029_0001
El excedente de energía térmica producido (6.714 kW) puede ser utilizado para suministrar calor a otros procesos que así lo requieran o para producir electricidad a través de un ciclo de vapor. En ese caso, si se considera una eficacia de conversión a electricidad del 25%, podrían producirse 1.678 kWe por cada kg de neumático procesado, además de producir los ya mencionados 0.381 kg de negro de carbón pirolítico .
Ejemplo 3. TERMÓLISIS + COMBUSTIÓN DE NEGRO DE CARBÓN PIROLÍTICO Y RECUPERACIÓN DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS
A continuación se describe un ejemplo en el que se muestran los resultados de un ciclo de termólisis + combustión del negro de carbón pirolítico y en el que se recuperan combustibles líquidos (ver Figura 4) . Se considera una planta en la que como materia prima se introducen 15000 ton/año de caucho triturado procedente de neumático usado. Se propone un diseño en el que la planta esté operativa durante 7000 h/año lo que lleva a un consumo de neumático de 2143 kg/h. Esta alimentación (corriente de alimentación de neumático usado (Fl) en Figura 4) se introduce fría desde un sistema de tolvas tal y como se ha descrito en la presente invención y cae al reactor tipo tornillo sinfín en el que se junta en su interior con otra corriente de sólidos calientes a 800°C provenientes de un reactor de combustión (reciclo de sorbente caliente (F19) en Figura 4) . Las características de esta corriente se muestran en la Tabla 5. Tabla 5. Características de la corriente de sólidos calientes (reciclo de sorbente caliente
(F19)en Figura 4)
Figure imgf000030_0001
El calor sensible que transporta la corriente de sólidos calientes (reciclo de sorbente caliente (F19)en Figura 4) compensa la energía necesaria para calentar el caucho alimentado (corriente de alimentación de neumático usado (Fl) en Figura 4) y la energía necesaria para realizar su descomposición, de tal manera que la temperatura final de la mezcla alcanza 550°C. En estas condiciones, se produce la descomposición parcial espontánea del caucho produciendo una corriente en fase gas (corriente de productos desvolatilizados del neumático en fase gas (F3) en Figura 4) y otra sólida (corriente de negro de carbón pirolítico caliente (F2) en Figura 4) . La corriente en fase gas posee un caudal másico de 1328 kg/h y es conducida a un sistema de condensación tipo carcasa-tubos en el que circulan 30 m3/h de agua de refrigeración que entra a una temperatura de 20°C y sale a 30°C. La corriente gaseosa es enfriada hasta una temperatura de 40°C produciéndose la condensación de 1098 kg/h de combustibles líquidos (corriente de combustibles líquidos (F5) en Figura 4) . Por su parte, la corriente no condensada (corriente de productos gaseosos no condensados hacia el reactor de combustión (F21) en Figura 4) posee un caudal másico de 230 kg/h y es conducida hasta un quemador situado en un reactor de combustión.
Por su parte, la corriente sólida será una mezcla del negro de carbón pirolítico formado durante la descomposición del caucho y la corriente de sólidos calientes introducidos previamente en el reactor. La composición y caudales másicos de esta corriente se muestran en la Tabla 6 junto con los caudales másicos de los diferentes constituyentes. Esta corriente de sólidos es transportada hasta un reactor de combustión en donde es quemada junto con la corriente de gas no condensado.
Tabla 6. Composición de la corriente de sólidos calientes (corriente 12 en Figura 4)
Figure imgf000031_0001
Figure imgf000032_0002
El reactor de combustión es operado a una temperatura de 800°C y se utiliza un caudal másico de aire de 13026 kg/h. Además, se introduce un caudal másico de 438 kg/h de CaCC>3 para mantener la actividad del sistema. Asimismo, y para evitar la acumulación de inertes, se realiza una purga de sólidos del sistema de 456 kg/h que puede ir a vertedero o incluso ser utilizada como materia prima en cementeras . Además, como se ha mencionado anteriormente, se extraen del reactor de combustión 5950 kg/h de sólidos a 800°C que son recirculados al reactor de termólisis y asi cerrar el ciclo. Tras una etapa de recuperación de calor, la corriente de gases de combustión (F15) es emitida a la atmósfera con un caudal másico de 14055 kg/h. Las características de esta corriente se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Composición de los gases de combustión (% en volumen)
Figure imgf000032_0001
El balance de energía del reactor de combustión es positivo de tal manera que es posible extraer y recuperar energía térmica de su interior y de los gases de combustión generados. Si estos gases son emitidos a la atmósfera a 150°C, es posible recuperar hasta 7.7 MW térmicos susceptibles de ser convertidos en trabajo mecánico a través de un ciclo de Rankine y posteriormente en electricidad. Así, si el rendimiento a conversión en electricidad es de un 25% sería posible producir 1.9 MW eléctricos que podrían exportarse a la red.

Claims

Reivindicaciones
1. Procedimiento para revalorizar energética y materialmente una materia prima que comprende carbono en su composición elemental caracterizado porque comprende:
(a) una etapa de reacción de termólisis en el interior de un reactor de termólisis (1) que comprende un transportador de tornillo sinfín (20) macizo o hueco, donde dicho transportador de tornillo sinfín (20) desplaza la materia prima alimentada al reactor de termólisis (1) a lo largo del mismo, a la vez que la materia prima se desvolatiliza y/o reacciona químicamente, dando lugar a una fracción sólida carbonosa correspondiente a la materia prima convertida y a una fracción gaseosa;
(b) la adición al reactor de termólisis (1) de una corriente de gas que reduce la presión parcial de O2 en el interior del reactor de termólisis (1), evitando la oxidación y/o combustión parcial de los componentes de la fracción gaseosa;
(c) la extracción de la fracción gaseosa a medida que se va generando, a través de una cámara de expansión situada en el reactor de termólisis (1);
(d) la condensación o el reformado o la combustión de dicha fracción gaseosa;
(e) el enfriamiento y recogida de la materia prima convertida a través de un tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) .
2. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, donde la materia prima es seleccionada de un grupo que consiste en material polimérico, combustibles fósiles y biomasa, así como cualquiera de sus combinaciones.
3. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 2, donde la materia prima consiste en neumáticos fuera de uso.
4. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la reacción de termólisis se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 400°C y 1000°C y a una presión comprendida entre 1 mbar y 10 bar.
5. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 4, donde la etapa de termólisis (1) se lleva a cabo una temperatura comprendida entre 500°C y 600°C y una presión comprendida entre 0.8 bar y 1.2 bar.
6. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el tiempo de residencia de la materia prima en el interior del reactor de termólisis (1) se encuentra comprendido entre 0.2 minutos y 2 horas.
7. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 6, donde el tiempo de residencia de la materia prima en el interior del reactor de termólisis (1) se encuentra comprendido entre 1 minuto y 5 minutos.
8. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, cuando el tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) comprende un eje hueco, la subetapa (e) de enfriamiento y recogida de la materia prima convertida se lleva a cabo mediante el empleo de un fluido refrigerante que circula a través de dicho eje hueco del tornillo sinfín enfriador de sólidos (27), de manera adicional al enfriamiento a través del exterior de la carcasa que comprende dicho tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) .
9. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de reacción de termólisis comprende la adición directa de calor al reactor de termólisis (1) a través de unos quemadores situados en el exterior de la carcasa interna del reactor de termólisis (1) donde se quema al menos un hidrocarburo, generando calor que calienta directamente al reactor de termólisis (1) .
10. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la etapa de reacción de termólisis se lleva a cabo en el interior de un reactor de termólisis (1) que comprende un transportador de tornillo sinfín constituido por un eje hueco por el cual circula al menos un fluido térmico caliente para transmitir calor por contacto directo y continuo con el interior del reactor de termólisis (1), favoreciendo la descomposición de la materia prima mientras circula a lo largo del transportador de tornillo sinfín (20) .
11. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 o 10, caracterizado porque la subetapa de reacción de termólisis se lleva a cabo en un reactor de termólisis (1) que comprende una carcasa exterior que transporta un fluido térmico a una temperatura superior a la del interior del reactor de termólisis (1), transmitiendo el calor sensible del fluido térmico a través de la pared del reactor al interior de dicho reactor de termólisis (1) .
12. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende una etapa adicional de alimentación al reactor de termólisis (1) de al menos un sólido recirculado proveniente de al menos un reactor de combustión conectado con el reactor de termólisis (1), donde la temperatura de dicho sólido recirculado es superior a la temperatura del reactor de termólisis (1) .
13. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa adicional de enfriamiento y condensación de la corriente gaseosa que sale del reactor de termólisis (1) hasta alcanzar una temperatura igual o inferior a 50°C, dando lugar a una corriente líquida y a una corriente de gas no condensada.
14. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 13, caracterizado porque la corriente de gas no condensada en la etapa adicional de enfriamiento y condensación es conducida a al menos un quemador al que se alimenta un agente comburente, llevándose a cabo la combustión de dicha corriente de gas no condensada y liberando energía que es empleada en parte o en su totalidad para suplir las necesidades energéticas del reactor de termólisis (1) .
15. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 donde, cuando se lleva a cabo una etapa adicional de reformado en al menos un reactor de reformado, el procedimiento comprende además una etapa de recuperación de calor en la que se genera un flujo de energía térmica que es empleado tanto en el reactor de termólisis (1) como en un sistema de generación de vapor, que es empleado en el reactor de reformado, y una corriente de gas que es conducida a una máquina térmica en la que se produce la combustión del gas con un agente comburente y se genera electricidad a través de un alternador.
16. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 donde, cuando se lleva a cabo una etapa adicional de combustión en al menos un reactor de combustión, el procedimiento comprende además una etapa de recuperación de calor en la que se genera un flujo de energía térmica que es empleado en parte en el reactor de termólisis (1) y en parte para generar energía eléctrica mediante un ciclo de vapor.
17. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende una etapa adicional de condensación de la fracción gaseosa procedente del reactor de termólisis (1), previa a una etapa de combustión donde se produce la combustión de la corriente de gas no condensado generada en dicha etapa de condensación, junto a una fracción de la corriente sólida carbonosa procedente del reactor de termólisis (1) y junto con al menos una corriente de sólido que actúa como transportador de calor .
18. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 17, caracterizado porque comprende una etapa de transferencia de calor en el reactor de termólisis (1) mediante la circulación entre el reactor de combustión y el reactor de termólisis (1) de una corriente de sólido que está al menos a una temperatura superior en 50°C con respecto a la temperatura del reactor de termólisis (1) y que entra en contacto directo con la materia prima que se está procesando en dicho reactor de termólisis (1) .
19. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque el reactor de combustión donde se realiza la combustión es de lecho fluidizado operado en modo burbujeante o circulante.
20. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 18 o 19, caracterizado porque el sólido que actúa como transportador de calor tiene propiedades para absorber compuestos que poseen azufre tales como ¾S y SO2, generados en los procesos de termólisis y combustión.
21. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 20, caracterizado porque el sólido que actúa como transportador de calor es un sólido inorgánico.
22. Reactor de termólisis (1) de lecho móvil para llevar a cabo una reacción de termólisis según un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque comprende:
(a) un transportador de tornillo sinfín (20) que comprende:
(i) un eje central (21) macizo o hueco, (ii) un sistema para evitar el escape de gas hacia el exterior, (iii) un conjunto de álabes acoplados al eje central (21), y (iv) un sistema de cierre (22) constituido por una corona circular soldada a cada extremo del transportador de tornillo sinfín (20) para evitar el paso de material sólido hacia los sistemas de cierre del reactor de termólisis (31) situados en cada uno de los extremos de dicho reactor de termólisis (1);
(b) un motor eléctrico que comprende un reductor y un variador de frecuencia para accionar la rotación del eje central (21) del transportador de tornillo sinfín (20);
(c) una carcasa interior (17) que envuelve al transportador de tornillo sinfín (20), donde dicha carcasa interior (17) comprende: (i) un elemento de entrada de materia prima en la parte superior, (ii) un elemento de salida de materia prima convertida en la parte inferior, (iii) una cámara de expansión (18) situada en la parte superior de la carcasa interior (17) y cuyo extremo superior comunica con un conducto térmicamente aislado que une el reactor de termólisis (1) con al menos un equipo seleccionado entre un reactor de combustión, un reactor de reformado o un condensador; y (iv) un sistema de cierre de la carcasa interior ( 17 ) ;
(d) una carcasa exterior (25) que envuelve al conjunto transportador de tornillo sinfín (20) y carcasa interior (17) .
23. Reactor de termólisis (1), de acuerdo a la reivindicación 22, donde dicha carcasa exterior (25) comprende una serie de quemadores en contacto directo con la superficie inferior del transportador de tornillo sinfín (20) para su calentamiento,
24. Reactor, de acuerdo a la reivindicación 22 o 23, caracterizado porque se encuentra construido en un material conductor y resistente química y mecánicamente a altas temperaturas y a atmósferas corrosivas.
25. Reactor, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque la cámara de expansión (18) se encuentra diseñada para permitir la evacuación lateral de gases en el extremo final del transportador de tornillo sinfín (20) por donde tiene lugar la salida de materia prima convertida.
26. Reactor, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque la cámara de expansión (18) se encuentra diseñada para permitir la evacuación de gases central respecto a la longitud del transportador tornillo sinfín (20).
27. Reactor, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado porque cuando el eje central del transportador de tornillo sinfín (20) es hueco, dicho transportador de tornillo sinfín comprende un sistema para evitar el escape de gas hacia el exterior que a su vez comprende: (i) un tubo fijo (31) concéntrico y aislado con el eje central (21) del tornillo sinfín y que introduce el gas hasta la zona caliente del reactor de termólisis, (ii) un sistema de cierre (32) que comprende una serie de juntas y retenes que unen el eje central (21) del tornillo sinfín con el tubo fijo (31) y (iii) una cámara (33) para recoger el gas que escapa del tornillo sinfín.
28. Instalación para llevar a cabo un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizada porque comprende un reactor según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 27.
29. Instalación, de acuerdo a la reivindicación 28, caracterizada porque comprende un sistema de alimentación de materia prima al reactor de termólisis (1) que comprende una sección estanca constituida por al menos dos tolvas unidas entre sí a través de una válvula, al menos un equipo alimentador de sólidos y un cierre de gas para evitar el reflujo de materia prima convertida hacia las tolvas de alimentación .
30. Instalación, de acuerdo a la reivindicación 29, donde el equipo alimentador de sólidos es de tipo tornillo sinfín cuyo eje se encuentra unido a un sistema motor-reductor alimentado eléctricamente y dotado de un variador de frecuencia para regular su velocidad de giro y modificar la cantidad de materia prima alimentada al reactor de termólisis (1) .
31. Instalación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 30, caracterizada porque comprende además un tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) localizado a continuación de dicho reactor de termólisis (1) para recoger, mover y enfriar la materia prima convertida procedente del reactor de termólisis (1), donde dicho tornillo sinfín enfriador de sólidos (27) comprende: (i) un eje central macizo o hueco, (ii) un conjunto de álabes acoplados al eje central, (iii) una carcasa interior (28) que aloja al tornillo sinfín, (iv) un sistema de cierre situado en ambos extremos del tornillo para evitar el paso de material sólido hacia los sistemas de cierre de cada extremo del tornillo sinfín enfriador de sólidos (27), (v) una carcasa exterior (29) que envuelve al conjunto de tornillo sinfín y una carcasa interior (28) que comprende una serie de placas deflectoras (30) situadas perpendicularmente al eje central del tornillo sinfín y paralelamente entre sí, extendiéndose de manera alterna desde una de las caras superior o inferior de la carcasa exterior (29) hacia la opuesta, sin llegar a alcanzarla, dejando un espacio situado alternativamente en la parte superior o en la parte inferior del interior de la carcasa exterior (29) .
32. Instalación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 31, caracterizada porque comprende al menos un reactor de combustión (9) adicional conectado al reactor de termólisis (1) para la oxidación o combustión de al menos una de las corrientes efluentes del reactor de termólisis ( 1 ) .
33. Instalación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 31, caracterizada porque comprende adicionalmente al menos un reactor de reformado (5) conectado con el reactor de termólisis (1) .
34. Instalación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 30, caracterizada porque comprende un equipo condensador (3) situado a continuación del reactor de termólisis (1) para disminuir la temperatura de la corriente de gas que sale del reactor de termólisis (1) hasta alcanzar una temperatura igual o inferior a 50°C.
35. Instalación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 30 o 34, caracterizada porque comprende adicionalmente al menos un medio para la recirculación al reactor de termólisis (1) de al menos un sólido proveniente de al menos un reactor de combustión (11) conectado con el reactor de termólisis (1) .
36. Uso de una instalación, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 35, para revalorizar energética y materialmente una materia prima que consiste en una materia prima orgánica de desecho seleccionada de un grupo que consiste en material polimérico, combustibles fósiles, biomasa y neumáticos fuera de uso, asi como cualquiera de sus combinaciones .
37. Uso, de acuerdo a la reivindicación 36, para obtener un gas combustible y un sólido valorizable mediante ciclos de termólisis y reformado.
38. Uso, de acuerdo a la reivindicación 36, para obtener un gas combustible y un sólido valorizable mediante ciclos de termólisis y combustión.
39. Uso, de acuerdo a la reivindicación 37 o 38, donde dicho sólido valorizable es negro de carbón pirolitico.
40. Uso, de acuerdo a la reivindicación 36, para obtener un gas combustible y un liquido valorizable.
41. Uso de acuerdo a la reivindicación 40, donde dicho liquido valorizable es aceite combustible.
PCT/ES2012/070146 2011-03-24 2012-03-07 Procedimiento y aparato de termólisis de polímeros de desecho WO2012127085A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP201130428 2011-03-24
ES201130428A ES2388959B1 (es) 2011-03-24 2011-03-24 Procedimiento y aparato de termolisis de polimeros de desecho.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012127085A1 true WO2012127085A1 (es) 2012-09-27

Family

ID=46878663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2012/070146 WO2012127085A1 (es) 2011-03-24 2012-03-07 Procedimiento y aparato de termólisis de polímeros de desecho

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2388959B1 (es)
WO (1) WO2012127085A1 (es)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103725298A (zh) * 2014-01-21 2014-04-16 王士元 一种自流化大功率连续干馏制取生物质燃气的装置及工艺
WO2017064211A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Syntoil S.A. A method and a reactor for thermal pyrolysis of rubber materials
CN106811226A (zh) * 2017-01-09 2017-06-09 东南大学 生物质双温段催化热解制备高品质液体燃料的装置和方法
WO2018019295A1 (zh) * 2016-07-29 2018-02-01 付晓惠 一种加热料层的方法和移动床系统
CN108473875A (zh) * 2016-07-29 2018-08-31 付晓惠 一种加热料层的方法和移动床系统
CN109609158A (zh) * 2019-02-12 2019-04-12 西北民族大学 一种生物质催化热解反应的工艺
US11999920B2 (en) 2020-09-14 2024-06-04 Ecolab Usa Inc. Cold flow additives for plastic-derived synthetic feedstock

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2543366B1 (es) * 2014-02-15 2016-05-25 Technokontrol Global Ltd Procedimiento para transformar materiales inorgánicos, NFU, petróleo crudo en hidrocarburos y/o energías renovables limpias mediante un sistema de termólisis

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES8106793A1 (es) * 1979-08-30 1981-09-01 Pyro Conversion Inc Procedimiento y aparato para gasificar sustancias de una ma-teria prima
US4983278A (en) * 1987-11-03 1991-01-08 Western Research Institute & Ilr Services Inc. Pyrolysis methods with product oil recycling
US5389691A (en) * 1993-09-07 1995-02-14 Univ. Of Wyoming Process for co-recycling tires and oils
ES2243132A1 (es) * 2004-05-10 2005-11-16 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Proceso para el reciclado de caucho de neumatico en desuso, instalacion para llevarlo a cabo.
ES2330283A1 (es) * 2006-06-28 2009-12-07 Bio Watt Iberica, S.L. Dispositivo para el reciclado de neumaticos.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES8106793A1 (es) * 1979-08-30 1981-09-01 Pyro Conversion Inc Procedimiento y aparato para gasificar sustancias de una ma-teria prima
US4983278A (en) * 1987-11-03 1991-01-08 Western Research Institute & Ilr Services Inc. Pyrolysis methods with product oil recycling
US5389691A (en) * 1993-09-07 1995-02-14 Univ. Of Wyoming Process for co-recycling tires and oils
ES2243132A1 (es) * 2004-05-10 2005-11-16 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Proceso para el reciclado de caucho de neumatico en desuso, instalacion para llevarlo a cabo.
ES2330283A1 (es) * 2006-06-28 2009-12-07 Bio Watt Iberica, S.L. Dispositivo para el reciclado de neumaticos.

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103725298A (zh) * 2014-01-21 2014-04-16 王士元 一种自流化大功率连续干馏制取生物质燃气的装置及工艺
WO2017064211A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Syntoil S.A. A method and a reactor for thermal pyrolysis of rubber materials
WO2018019295A1 (zh) * 2016-07-29 2018-02-01 付晓惠 一种加热料层的方法和移动床系统
CN108473875A (zh) * 2016-07-29 2018-08-31 付晓惠 一种加热料层的方法和移动床系统
CN108473875B (zh) * 2016-07-29 2019-12-27 付晓惠 一种加热料层的方法和移动床系统
CN106811226A (zh) * 2017-01-09 2017-06-09 东南大学 生物质双温段催化热解制备高品质液体燃料的装置和方法
CN109609158A (zh) * 2019-02-12 2019-04-12 西北民族大学 一种生物质催化热解反应的工艺
US11999920B2 (en) 2020-09-14 2024-06-04 Ecolab Usa Inc. Cold flow additives for plastic-derived synthetic feedstock

Also Published As

Publication number Publication date
ES2388959B1 (es) 2013-09-11
ES2388959A1 (es) 2012-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012127085A1 (es) Procedimiento y aparato de termólisis de polímeros de desecho
EP0764196B1 (en) Improved pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
US7452392B2 (en) Process for pyrolytic heat recovery enhanced with gasification of organic material
ES2642917T3 (es) Gasificación de materiales orgánicos combustibles
AU2010213320B2 (en) Process for the conversion of organic material to methane rich fuel gas
US20100156104A1 (en) Thermal Reduction Gasification Process for Generating Hydrogen and Electricity
US20120210645A1 (en) Multi-ring Plasma Pyrolysis Chamber
CN102471707A (zh) 具有集成处理区的碳转化系统
JP4547244B2 (ja) 有機物のガス化装置
JPS5851038B2 (ja) ネンリヨウガスノ セイゾウホウホウナラビニ ソノソウチ
US7070758B2 (en) Process and apparatus for generating hydrogen from oil shale
JPWO2014069234A1 (ja) 処理システム及び処理装置
RU2768809C1 (ru) Мобильный модуль реактора пиролиза для комплексов термической переработки отходов
RU2668447C1 (ru) Способ газификации твердого топлива и устройство для его осуществления
RU2663144C1 (ru) Способ газификации твердого топлива и устройство для его осуществления
RU2662440C1 (ru) Способ газификации твердого топлива и устройство для его осуществления
RU2359011C1 (ru) Способ конверсии твердого топлива и установка для его осуществления (варианты)
RU2631808C2 (ru) Способ газификации топливной биомассы и устройство для его осуществления
ES2259597T3 (es) Procedimiento e instalacion de produccion de un gas combustible a partir de una carga rica en materia organica.
JP2004204106A (ja) 有機物のガス化装置
RU2631811C2 (ru) Способ газификации топливной биомассы и устройство для его осуществления
CN109340802B (zh) 一种旋风分离器
BRPI0903587A2 (pt) processo de pirólise de biomassa e resìduos sólidos em múltiplos estágios
CN109355068B (zh) 一种热解炉
KR101356910B1 (ko) 유기성 자동차 폐기물의 합성가스 생성장치 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12760072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12760072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1