MX2014009604A

MX2014009604A - Aparato de pirolisis delineado por zonas para la conversion de desecho de polimero.

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Publication number: MX2014009604A
Application number: MX2014009604A
Authority: MX
Inventors: William Ullom
Original assignee: Vadxx Energy LLC
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2015-05-11
Also published as: AU2013216895A1; CA2864089A1; EP2998383A1; BR112014018581A8; WO2013119941A1; CN104105781A; US20160017232A1; RU2014134429A; EP2812415A1; US10731081B2; CN105018127A; AU2017251761A1; CL2014002104A1; BR112014018581A2; JP2015512965A; SG11201404709RA; EP2812415A4; IL233962A0; KR20140138151A

Abstract

Aparato y método para pirolizar materiales hidrocarbonáceos para producir productos de vapor y sólidos útiles, que comprenden un reactor lineal, generalmente cilíndrico, que tiene medios de tornillo para transportar materiales hidrocarbonáceos a través de dicho reactor, medios para alimentar y calentar dichos materiales hidrocarbonáceos, con los cuales estos son procesados y pirolizados para producir productos de vapor y sólidos; medios para separar los productos de vapor de dichos materiales hidrocarbonáceos procesados, medios para separar los productos sólidos, medios mediante los cuales dicho material hidrocarbonáceo es mantenido dentro de una zona durante un intervalo de tiempo de residencia definido, medios para hacer girar dicho tornillo, que tienen una pluralidad de configuraciones de paleta para comprimir y para fundir dichos materiales hidrocarbonáceos y convertirlos de un sólido a un líquido, para mezclar, desestabilizar y deshalogenar los materiales hidrocarbonáceos, para pirolizar dichos materiales, para desvolatilizar los materiales hidrocarbonáceos pirolizados, y para descargar los productos sólidos.

Description

APARATO DE PIRÓLISIS DELINEADO POR ZONAS PARA LA CONVERSIÓN DE DESECHO DE POLÍMERO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato para la conversión de desecho de polímero, ya sea en forma sólida y/o líquida, descrito aquí intercambiablemente como material hidrocarbonáceo, desecho de polímero y/o material polimérico, a productos de hidrocarburo condensables, no condensables y sólidos. Los productos de hidrocarburo condensables incluyen petróleo sintético y una variedad de sus fracciones que incluyen, sin limitación, petróleo crudo dulce ligero, aditivos de combustible, petróleo base, cera cruda, cera de paraflna, cera microcristalina y condensado dominado por hidrocarburos aromáticos de petróleo. El producto de hidrocarburo no condensable es un gas. El producto de hidrocarburo sólido es un residuo carbonoso finamente dividido. En particular, la presente invención es un aparato de pirólisis continua delineado por zonas, que tiene la capacidad para producir simultáneamente muchos productos, uno de los cuales, una cera dura, es producida del aparato a temperaturas menores que las temperaturas típicas de conversión de pirólisis.

La conversión de polímeros de desecho para obtener productos finales útiles mediante pirólisis ha sido una meta buscada por muchos durante muchos años. La téenica anterior que incluía la descomposición pirolítica de polímeros se basa principalmente en procesos por lotes, semicontinuos, o por lotes en serie limitados en su aplicación comercialmente viable por su complejidad de operación e incapacidad de procesar continuamente desecho de polímero mixto, mal clasificado y/o contaminado, sin ensuciamiento. Muchos afirman que los procesos por lotes en serie, comprendidos de una serie de reactores de lote operados progresivamente en una secuencia establecida, son “continuos” solamente porque algo de producto es descargado constantemente de uno o más orificios de salida conectados a los reactores de lote por un múltiple u otra configuración de salida adecuada. Los procesos de conversión de polímero incluyen los procesos primarios de despolimerización química, gasificación con oxidación parcial, y craqueo térmico, incluso pirólisis, ya sea con o sin craqueo catalítico y reformación, y también los procesos secundarios de hidrogenación. La despolimerización química ha sido limitada principalmente a la descomposición de poliésteres, por ejemplo PET y poliuretanos, con aplicación secundaria a poliamidas, policarbonatos y poliacetales. Este método generalmente está restringido a la descomposición de polímeros de condensación, dirigido al rendimiento de monómero.

La gasificación y oxidación parcial de los polímeros de desecho típicamente van dirigidas a la producción de mezclas de monóxido de carbono e hidrógeno generalmente conocidas como gas de síntesis. Aunque la oxidación parcial puede ser un proceso más eficiente que la reformación de vapor y metano en función del tamaño del reactor y velocidad del proceso, la oxidación parcial produce un rendimiento de hidrógeno comparativamente inferior. Si acaso, se produce poco de hidrocarburos condensables.

Los procesos de craqueo térmico utilizan descomposición térmica que resulta en mezclas complejas. La temperatura de reacción, junto con los tiempos de retención molecular dentro de escalas de temperatura deseadas respectivas, son las variables de reacción más significativas, que afectan tanto la conversión de polímero como la distribución molecular de los productos de conversión. Por consiguiente, el control eficiente de la temperatura de reacción y los tiempos de residencia es de suma importancia para maximizar el rendimiento de la mezcla de productos deseada. Los procesos por lotes, semicontinuos y por lotes en serie experimentan dificultades para obtener y mantener eficientemente el control de las temperaturas de reacción y los tiempos de residencia, debido a los problemas que se originan, entre otras cosas, de la transferencia de calor ineficiente a través del polímero de desecho, ya que este polímero parece exhibir baja conductividad térmica. A diferencia de los procesos continuos, que logran un equilibrio dinámico del proceso manteniendo con ello el control de las temperaturas de reacción y los tiempos de residencia, los procesos por lotes, semicontinuos y por lotes en serie están continuamente en un estado de desequilibrio, enfrentando desafíos de control crónicos con cada ciclo del proceso y problemas agudos de ensuciamiento del reactor. Otras variables, que incluyen los catalizadores, son optimizadores; aunque el craqueo catalítico y la reformación ofrecen ventajas de descomposición de polímero a temperaturas más bajas y velocidad más alta, con mayor control sobre la calidad del producto, el craqueo catalítico enfrenta desafíos que incluyen la complejidad del proceso, la deposición de residuos que impiden la actividad, envenenamiento de catalizadores, altos costos de capital y operación de los reactores de catalizador, y alto costo de la eliminación del catalizador gastado.

La hidrogenación es un paso básico en la refinación del petróleo y la producción petroquímica que se ha aplicado al procesamiento secundario de petróleo que se origina de procesos de craqueo termico. Este método secundario, frecuentemente acoplado con destilación, se utiliza en la producción de combustibles basados en petróleo y cortes de proceso en donde se requiere la saturación de hidrógeno de olefinas y la separación de heteroátomos. La hidrogenación es de capital intenso y puede tener un alto costo de operación atribuido a la operación a presión alta, costo del hidrógeno, costo de la separación del calor residual y otros factores. El término “heteroátomo” se entiende como cualquier átomo que no es carbono ni hidrógeno, y ha sido aplicado para indicar que átomos diferentes de carbono han reemplazado al carbono en el esqueleto de la estructura molecular, o han reemplazado al hidrógeno o grupos alquilo unidos al esqueleto de la estructura molecular. Los heteroátomos típicos son nitrógeno, oxígeno, azufre, fósforo, cloro, bromo, flúor y yodo. La hidrogenación es un proceso secundario utilizado en la refinación del petróleo y la producción petroquímica.

Los sistemas y procesos de la téenica anterior no han logrado amplia aceptación o éxito incluyendo la descomposición pirolítica de polímeros, y esto se ha atribuido a los altos costos de operación, incapacidad de procesar consistentemente corrientes de desecho contaminadas y corrientes de desecho de composición variable, el costo excesivamente alto o la falta de disponibilidad comercial de corrientes de materia prima no contaminada, incapacidad para controlar confiable y eficientemente las condiciones de temperatura y presión del proceso, incapacidad de suministrar consistentemente cantidades adecuadas de materia prima dentro de especificación a las plantas que requieren altos volúmenes de material para sostener las operaciones, incapacidad para controlar el ensuciamiento del sistema por residuo carbonoso, ácido tereftálico, ácido benzoico, minerales, metales y similares, intento de producir combustible que tiene escalas comparativamente reducidas de especificaciones dictadas por el mercado a partir de composiciones de materia prima ampliamente variables, incapacidad para controlar el contenido de heteroáto os del petróleo producto limitando asi la aceptación comercial de los productos, incapacidad de manejar consistente y eficientemente los problemas de seguridad atribuidos a la exposición del trabajador a vapores y sólidos peligrosos en cada ciclo del reactor por lotes, y generación de desecho peligrosos que incluyen, sin limitación, residuo carbonoso, agua de desecho y líquidos hidrocarbonáceos fuera de especificación.

Más específicamente, la téenica anterior que implica procesos por lotes o semicontinuos debe superar los desafíos de ineficiencia térmica para promover la conversión. Dado que el desecho de polímero tiene baja conductividad termica, la mayoría de los sistemas de reactor por lotes se basan en cierta configuración de elementos mezcladores dentro del reactor o arreglos complejos de cartuchos que contienen materia prima colocados en el reactor por lotes, o dispositivos tubulares concéntricos que contienen materia prima sometida a energía térmica o geometrías tubulares de transferencia de calor utilizadas dentro del cuerpo del reactor de lotes, y similares, tratando de aumentar el área de superficie de la materia prima, aumentando con ello la exposición de superficie a la energía térmica que de otra manera es transportada escasamente a través del material que tiene baja conductividad térmica. El gran número de configuraciones de reactor de lotes que han buscado protección de patente es consistente con una serie de intentos de amplio espectro por resolver los desafíos de la transferencia de calor y control de proceso inherentes a los sistemas del reactor por lotes. Las soluciones mecánicas y/o geométricas complejas a las limitaciones son inherentes a los reactores de lotes.

Adicionalmente, la mayoría, si no todos los reactores por lotes, ya sea individualmente o en serie, deben ser cargados con materias primas hidrocarbonáceas, purgados de aire atmosférico que contiene oxígeno, calentados a la temperatura deseada cuando se extraen los vapores producto, luego enfriados a una temperatura por abajo del punto de inflamación de los residuos sólidos para facilitar su separación. Los ciclos térmicos repetidos experimentados por estos sistemas tienen baja eficiencia térmica, dando como resultado sobreconsumo de energía para completar la conversión de polímero.

En una modalidad del proceso por lotes, la patente de EE. UU. No. 8,192,587, de Garrison et al proveen medios limitados de control de proceso. En un reactor de lotes, todas las sustancias química del reactor de lotes descrito por Garrison son descompuestas en tiempos sucesivos en el mismo espacio tridimensional. Sin la adición de los medios geometricos complejos de Garrison para aumentar el área de superficie disponible para la transferencia de calor en un reactor de lotes, haciendo circular fluido de transferencia de calor a través de un sistema de calentamiento sellado, el control de temperatura sobre la sección transversal interna del reactor es deficiente, debido a la baja conductividad térmica y la variabilidad de la densidad del material en la carga de materia prima. Tal densidad del material cambia pues ocurren conversiones y masa del reactor es separada mediante la descarga de vapor. Además, la mala conductividad térmica de las materias primas de polímero en un reactor de lotes, tal como en Garrison, incluso con los fluidos de transferencia de calor internos utilizados, da como resultado grados variables de capacidad de transferencia térmica de la materia prima a través de la sección transversal compleja del reactor de lotes. Surge complejidad adicional del cambio de conductividad térmica de la materia prima, ya que su composición cambia conforme se descompone. Una ineficiencia adicional en un sistema reactor de lotes tal como en Garrison resulta de la deposición de oligómero pesado, hidrocarburos aromáticos polinucleares, asfaltinas y/o residuo carbonoso, sobre la superficie del sistema interno de transferencia de calor y sobre la superficie del cuerpo del reactor mismo, ofreciendo así una solución incompleta de conductividad térmica para la promoción de una transferencia de calor eficiente. Conforme el polímero de desecho se descompone en su lugar en un reactor no agitado como el que describe Garrison, la deposición de residuo carbonoso sobre la superficie interna del reactor durante la mayor parte del ciclo del reactor promueve la formación y adsorción de hidrocarburos aromáticos y aromáticos polinucleares sobre la superficie del residuo carbonoso. A menos que tales hidrocarburos aromáticos y aromáticos polinucleares sean separados del residuo carbonoso, o a menos que esta adsorción sea impedida, la eliminación del residuo carbonoso creado por el proceso por lotes puede hacerse demasiado cara si se caracteriza como un desecho peligroso. Como con todos los reactores por lotes, al final de cada ciclo del proceso el residuo carbonoso debe ser separado.

Las patentes de EE. UU. Nos. 5,389,961 y 5,740,384, de Cha et al., describen un proceso térmico continuo de dos pasos para reciclar en conjunto llantas y aceites de desecho. Esta téenica anterior procesa llantas de desecho con cantidades relativamente grandes de aceite de motor usado, aceite para cilindros, residuos de fondo de torre de vacío y similares. Cha describe un sistema de doble reactor operado en serie con el cual se requiere un punto de transferencia entre los dos reactores para descargar el material que no reacciona del primer reactor inclinado al segundo reactor horizontal. Este punto de transferencia da como resultado desafíos operacionales como resultado del ensuciamiento. Cha describe una forma transversal del sistema de doble reactor que provee un espacio superior abierto, a través del cual los componentes de llanta que no reaccionan, que incluyen fibras de acero, se pueden mover, dicho espacio superior abierto enfrentando el desafío de transportar eficientemente la materia prima hacia la pendiente ascendente del primer reactor. Cha describe la operación del reactor inclinado a una temperatura creciente, y la operación del horizontal a una temperatura mayor para sacar los hidrocarburos volátiles del residuo carbonoso.

La patente de EE. UU. No. 5,836,524, de Wang, describe un proceso que procesa desecho de polímero sólido y usa aceites lubricantes o aceite pesado recielado en un solo paso continuo a temperaturas relativamente bajas. Esta teenica anterior utiliza un tornillo inclinado de proceso continuo que no tiene medios para controlar la rampa de temperatura y controlar el tiempo de residencia. Wang reconoce que el rendimiento del proceso es una función de la temperatura.

La patente de EE. UU. No. 6, 172,275, de Tadauchi et al, describe un método y aparato de pirólisis para descomponer plástico de desecho que puede contener cloro orgánico. Tadauchi enseña el uso de zonas de calentamiento para la descomposición de plastificantes y para la descloración de polímero halogenado que incluye cloruro de polivinilo (PVC), mediante el cual los plastificantes se pueden descomponer para formar aceite y ácido clorhídrico, que pueden desprenderse del PVC. Tanto el aceite como el ácido clorhídrico son recuperados separadamente. Además, Tadauchi describe la condensación y aislamiento de la cera de moléculas más ligeras que pueden contener compuestos orgánicos de cloro, y además la pirólisis de esa fracción de cera para formar aceite ligero. Tadauchi enseña la descomposición de plastificante y el desprendimiento de ácido clorhídrico, haciendo notar sólo que ocurre descomposición adicional a temperaturas de 450°C (842°F) o superiores para producir un producto de pirólisis, que puede ser aceite ligero dominado por 4-15 átomos de carbono. Tadauchi enseña que el material remanente después de la descomposición de plastificantes y la recuperación de ácido clorhídrico, es sometido a un proceso de pirólisis que rebasa generalmente los 450°C (842°F). Tadauchi describe un vacío para separar el ácido clorhídrico del plástico y aumentar la presión de reactor comcidentemente con la pirólisis para desviar la distribución molecular hacia moléculas más ligeras que tienen números de 4-15 carbonos.

La patente de EE. UU. No. 7,344,622, de Grispin, describe lo que se denomina un proceso continuo en donde el control sobre la composición de los líquidos que se originan de la descomposición térmica del desecho de polímero se logra manteniendo una velocidad de calentamiento baja en ausencia sustancial de oxígeno, creando un lecho de residuo carbonoso que tiene un gradiente térmico. Grispin sugiere que la naturaleza del lecho de residuo carbonoso, el tamaño del reactor, la cantidad de carga de materia prima, la velocidad de calentamiento y la exclusión sustancial de oxígeno, están relacionadas simultáneamente con la composición del producto. El proceso descrito por Grispin opera obteniendo una sola rampa de calor controlada durante un periodo óptimo en un reactor, alcanzando una relación entre el volumen del reactor y la carga del reactor, para alterar la composición del aceite formado con el proceso. La enseñanza de Grispin es de un proceso para la producción de fracciones aromáticas que tienen números de 6-12 carbonos.

La patente de EE. UU. No. 7,893,307, de Smith, describe un proceso mediante el cual “materiales formables por hidrocarburo, tales como plásticos y otros materiales de desecho o recielados” son fundidos en un “aparato de corte viscoso”, tal como un extrusor, e introducidos en un dispositivo descrito como un reactor de “canal de cinta” en donde una cinta cilindrica de plástico fundido que tiene un área transversal delgada se hace avanzar y en donde ocurre la descomposición pirolítica del plástico. El intento de este diseño es maximizar el área de superficie disponible para el calentamiento, exponiendo el cuerpo delgado del material fundido a una temperatura superficial muy arriba de la necesaria para promover la descomposición del polímero, impartiendo así un gradiente termico alto al material en el reactor. Se afirma que la temperatura de la mezcla fundida que sale del aparato de corte viscoso y que entra al reactor de canal de cinta va de aproximadamente 238°C (460°F) a aproximadamente 315°C (600°F). En el proceso de Smith, la descloración efectiva, si la hubiera, ocurre entre aproximadamente 300°C (572°F) y aproximadamente 365°C (690°F). Además, Smith revela que el material residual es descargado del reactor de canal de cinta a una escala de temperatura de aproximadamente 524°C (975°F) a aproximadamente 538°C (1 ,000°F). Para lograr la descomposición en el reactor de canal de cinta, la temperatura superficial /temperatura del elemento calentador del reactor de canal de cinta va de aproximadamente 760°C (1 ,400°F) a aproximadamente 1 ,315°C (2,400°F), en un intento por calentar eficientemente la sección transversal delgada del material que llena el canal de cinta, manteniendo una diferencial de temperatura alta entre la superficie del reactor y la temperatura interna del reactor. Este calentamiento produce temperaturas internas del reactor de canal de cinta que aumentan desde 338°C (640°F) - 368°C (694°F) hasta 393°C (740°F) - 524°C (975°F), en donde se logra la descomposición pirolítica, opcionalmente en presencia de un catalizador en fase fundida. El material de residuo carbonoso, suciedad y pequeñas piezas de metal son descargadas al final del proceso de aproximadamente 524°C (975°F) a aproximadamente 538°C (1 ,000°F). La enseñanza de Smith es un rendimiento global de proceso de 1.36 toneladas a 4.54 toneladas (3,000 a 10,000 libras) por hora, y se enfoca en la geometría del reactor del canal del cinta para optimizar una transferencia de calor rápida. El extrusor y el reactor de canal de cinta no pueden aceptar partículas mayores que el espacio libre entre el tornillo y el barril del extrusor, o la distancia efectiva entre el diámetro interno y el cilindro externo calentado y el diámetro externo del cilindro interno calentado, la que sea menor. En el caso ejemplar de hule, Smith expresa tamaños de partícula más pequeños que incluyen migajas. Smith se enfoca únicamente en proveer una solución para una transferencia de calor eficiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un aparato y método de operación para la pirólisis continua de materiales hidrocarbonáceos para producir productos de vapor y sólidos útiles, que comprenden un reactor lineal, generalmente cilindrico, que tiene unos medios de tornillo para transportar materiales hidrocarbonáceos a través de dicho reactor, medios para alimentar y calentar los materiales hidrocarbonáceos con los cuales éstos son procesados y pirolizados para producir productos de vapor y sólidos, en donde dichos medios de tornillo se extienden sustancialmente a lo largo del reactor; medios para separar los productos de vapor de los materiales hidrocarbonáceos procesados, medios para separar los productos sólidos, medios con los cuales dicho material hidrocarbonáceo se mantiene dentro de una zona durante un intervalo de tiempo de residencia definido, medios para hacer girar dicho tornillo, que tienen una pluralidad de configuraciones de paleta para comprimir, y para fundir dichos materiales hidrocarbonáceos para convertirlos de un sólido a un líquido, para mezclar, desestabilizar y deshalogenar los materiales hidrocarbonáceos, para pirolizar los materiales hidrocarbonáceos, para desvolatilizar los materiales hidrocarbonáceos pirolizados, y para descargar productos sólidos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las anteriores características y ventajas de la presente invención, y otras más, se harán evidentes para los expertos en la materia a la que se refiere la presente invención tras la lectura de la siguiente descripción que hace referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una vista lateral esquemática de un reactor térmico delineado por zonas de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista lateral de un arreglo de condensador de reducción y su despliegue corriente abajo de un reactor térmico delineado por zonas de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención es un aparato de pirólisis continua delineado por zonas para la conversión de material hidrocarbonáceo. Es un reactor continuo lineal, generalmente cilindrico, calentado, que tiene una barrena o tornillo en el centro del rector, a lo largo de su eje, con la capacidad para descargar simultáneamente productos finales tanto antes como después de una serie integral de condensadores de reducción. Opera de manera continua. Además, es un aparato de pirólisis modular y escalable capaz de convertir desecho de polímero y polímeros de valor bajo o contaminados en petróleo sintético y una variedad de sus fracciones que incluyen, sin limitación, petróleo crudo dulce ligero, aditivos de combustible, petróleo base, cera cruda, cera de parafina, cera microcristalina y condensado dominado por hidrocarburos aromáticos de petróleo. El producto de hidrocarburo no condensable es un gas. El producto de hidrocarburo sólido es un residuo carbonoso finamente dividido que puede o no contener sólidos no poliméricos, si tales sólidos no poliméricos están presentes en la materia prima antes de su descomposición. El reactor tiene una flecha de rotación central con secciones que tienen configuraciones variables de barreno o tornillo para mezclar y/o hacer avanzar el polímero por convertir.

La presente invención tiene la flexibilidad para permitir, y la capacidad para producir y descargar separadamente, un producto primario de cera microcristalina o parafina que tiene, colectivamente, 30-70 átomos de carbono, mediante la descarga directa del aparato, en una modalidad preferida, al final de la cuarta de siete zonas de proceso operadas continuamente, orientadas en serie, en adelante denominadas las zonas. Específicamente, esto ocurre después de la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo, dentro de una escala de temperatura de 300°C a 338°C (572°F a 690°F), un umbral de temperatura no identificado previamente del cual pudiera obtenerse un rendimiento consistente de producto de cera microcristalina o parafina. Además, en una modalidad preferida, permite la capacidad adicional y simultánea para producir una o más fracciones adicionales más ligeras, que tienen colectivamente números de carbono de 4-30, recuperadas de orificios de descarga separados localizados en la qumta y sexta zona de proceso, orientadas en serie y operadas continuamente, particularmente la zona de pirólisis y la zona de desvolatilización de residuo carbonoso y sólidos residuales, respectivamente, mediante la recuperación subsiguiente de vapor de pirólisis en una serie de condensadores de reducción, con eliminadores de nieblas opcionales, en pluralidad con condensadores respectivos cuando se requiere una separación muy eficiente, operando a escalas de temperatura de operación progresivamente más frías. El aparato no requiere la utilización de reactores de catalizador y/o reactores de reflujo y/o columnas de fraccionamiento, aunque la modularidad y escalabilidad del aparato, que es el sujeto de esta invención, proveen la oportunidad de la utilización opcional de esos dispositivos adicionales, por ejemplo cuando solamente se requiere la producción de petróleo ligero, aditivo de diesel o aditivo de gasolina.

La materia prima alimentada al aparato puede ser una combinación de sólidos mezclados y/o variables con proporciones mezcladas y/o variables de líquidos basados en petróleo, si los hubiera. El control del proceso delineado por zonas provee la conversión eficiente de corrientes de materia prima ampliamente variables, corrientes de materia prima muy contaminadas, y corrientes de materia prima que tienen composiciones inconsistentes con el tiempo. No se requieren corrientes de alimentación de materia prima limpia no contaminada. Incluso es bien tolerada la contaminación del desecho de polímero con plaguicidas, herbicidas, productos de petróleo, productos farmacéuticos y similares. Ciertos desechos característicos y marcados como peligrosos pueden constituir o estar incluidos como un componente de la materia prima hidrocarbonácea, si el aparato se opera conforme a un Permiso para Operar una Instalación de Almacenamiento, Tratamiento y Eliminación de Desechos Peligrosos de la EPA.

La presente invención incluye un aparato de pirólisis continua delineada por zonas, 10, para la conversión de material hidrocarbonáceo, una modalidad del cual se ilustra en la figura 1. Es un aparato continuo, modular y escalable para fabricar productos de hidrocarburo condensables. Estos productos de hidrocarburo incluyen petróleo sintético y una variedad de sus fracciones que incluyen, sin limitación, petróleo crudo dulce ligero, aditivos de combustible, petróleo base, cera cruda, cera de parafina, cera microcristalina y condensado dominado por hidrocarburos aromáticos de petróleo. El producto de hidrocarburo no condensable es un gas. El producto de hidrocarburo sólido es un residuo carbonoso finamente dividido más metales y/o agregados recielables. Este producto de hidrocarburo sólido también será descrito aquí como “residuo sólido” o “productos sólidos”.

Es un reactor lineal, generalmente cilindrico, calentado, 10, que tiene una barrena o tornillo 11 en el centro del reactor 10 a lo largo de su eje. Opera de manera continua. Además, es un aparato de pirólisis modular y escalable capaz de convertir desecho de polímero y polímeros de bajo valor o contaminados, colectivamente 100, a productos de hidrocarburo líquidos y/o condensables que incluyen petróleo sintético y una variedad de sus fracciones que incluyen, sin limitación, petróleo crudo dulce ligero, aditivos de combustible, petróleo base, cera cruda, cera de parafina, cera microcristalina y condensado dominado por hidrocarburos aromáticos de petróleo. Muchas de las ceras expuestas en la presente salen del reactor en una fase líquida, pero tienden a enfriarse formando un sólido o líquido de flujo lento una vez recolectados. Por esta razón y para fines de consistencia y para los fines de esta invención, cera y ceras, sin considerar en donde son recuperadas durante el proceso, serán tratadas como sólidos, productos sólidos, y/o residuos sólidos, a menos que se indique específicamente de otra manera.

Este reactor 10 tiene una flecha de rotación central 11 con secciones, tambien referidas aquí como zonas, que tienen configuraciones de barrena o tornillo. Una mezcla de producto óptima se obtiene determinando y estableciendo una variedad de zonas de temperatura progresiva para efectuar rampas de temperatura óptimas, y variando las configuraciones de tornillo a lo largo del reactor para controlar el tiempo de residencia dentro de cada zona de temperatura respectiva. Esto crea una pluralidad de rampas de temperatura y tiempos de retención (imbibición) que resultan en el aparato de la presente invención, que opera como un proceso continuo, que tiene la ventaja de eficiencia térmica de la conversión delineada por zonas. La alimentación hacia el aparato puede ser una combinación de sólidos mezclados y/o variables con líquidos basados en petróleo mezclados y/o variables, colectivamente el “material hidrocarbonáceo” 100. Como se usa aquí, “líquidos basados en petróleo” y “líquidos de hidrocarburo” se usarán intercambiablemente e incluyen petróleo usado, petróleo de desecho, gasóleo, fracciones de fondo de refinería, aceite para cilindros, y similares. El control de proceso provee la conversión eficiente de corrientes de materia prima ampliamente variables, corrientes de materia prima muy contaminadas, y corrientes de materia prima que tienen composición inconsistente con el tiempo.

El aparato de la presente invención acepta el desecho de polímero hecho tiras, 100, que puede o no estar contaminado con fracciones no polimericas. Para este propósito, además de los materiales termoplásticos y plásticos termofraguados (“plástico”), el “desecho de polímero” puede incluir elastómeros (o “elastómeros de desecho”), tales como llantas de desecho, residuos de hule, correas de hule, hoja, membrana y extrudato de hule EPDM, y similares. Este desecho de polímero es alimentado continuamente a un reactor térmico delineado por zonas, 10. Si así se desea, también se puede añadir al reactor, al comienzo de la secuencia de zonas 101 (zona 1), líquido basado en petróleo en cualquier proporción y/o aditivos basados en minerales y/o catalizador de fase fundida, y se mezclan con el desecho de polímero en el reactor. Conforme la carga de materia prima avanza a lo largo del reactor, ocurre un cambio de fase conforme es comprimido progresivamente o experimenta de otra manera reducción de volumen en la zona 2, 201 , para expulsar el aire atmosférico atrapado, y se calienta mediante una rampa o gradiente de temperatura hasta que hierve la humedad atrapada en el desecho de polímero, dando como resultado la formación de vapor y subsiguiente fusión en la zona 3, 301. La mezcla fundida es calentada entonces en otra rampa térmica y avanza a través de una zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo (zona 4), 401 , de temperatura máxima controlada en el reactor. El mezclado de la mezcla fundida en esta zona (zona 4), 401 , durante un tiempo de residencia y temperatura controladas da como resultado la desestabilización molecular, descomposición de celulosa a residuo carbonoso y vapor adicional, descomposición de varios plastificantes y aditivos orgánicos a vapor recuperable como producto de petróleo condensable, barrido casi completo de azufre, reducción casi completa de los halógenos orgánicos cloro y bromo, reducción parcial del halógeno orgánico flúor, y reducción casi completa de ácido tereftálico a ácido benzoico y de ácido benzoico a benceno. El producto de cera dura puede ser descargado de la zona 4, 401 , en su terminación y transición a la zona 5, 501. La mezcla fundida remanente que no ha sido descargada directamente del reactor térmico al final de la zona 4, 401 , para recuperar la cera dura, se hace avanzar subsiguientemente a través de otra rampa térmica a una zona (zona 5), 501 , en la que ocurre la mayor parte de la pirólisis. Esta pirólisis ocurre durante un tiempo de residencia optimizado por categoría de materia prima por descomponer. El avance de la masa remanente a través del medio de la zona 5, 501 , de temperatura máxima controlada y tiempo de residencia adecuado, da como resultado productos de pirólisis de rendimiento y composición óptimas. Conforme la masa remanente sale de la zona de pirólisis 501 , experimenta otra rampa térmica más en la introducción a la zona 6, 601 , promoviendo así la desvolatilización del residuo carbonoso y coquización de hidrocarburos aromáticos residuales e hidrocarburos aromáticos polinucleares durante el tiempo de residencia adecuado. Por consiguiente, después de que el sólido residual se mueve de la zona 6, 601 , a la zona 7, 701 , es descargado continuamente de la zona 7, 700, como material sólido residual seco y friable, finamente dividido, que no está saturado con hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos aromáticos polinucleares adsorbidos. Estos sólidos remanentes son separados continuamente del aparato como residuo carbonoso, que puede contener metales atrapados (preciosos y/o no preciosos), vidrio, piedras y similares, si estos contaminantes están presentes en la alimentación de materia prima. Dicho de otra manera, el “residuo carbonoso” o “char" es el residuo de carbón y sólidos residuales diferentes de carbón remanentes de la descomposición del material hidrocarbonáceo.

Los materiales hidrocarbonáceos se introducen como una mezcla de materia prima 100 a un reactor de tornillo 10 primario, térmico, anaeróbico, inclinado, delineado por zonas. El reactor tiene una sección transversal y una magnitud de pendiente ascendente 20, si la hubiera, o pendiente descendente opcional 20, si la hubiera, seleccionada para promover el transporte, mezclado y reacción de diferentes materiales hidrocarbonáceos de materia prima y también para descargar parafina o cera microcristalina del orificio de descarga 420 al final de la zona 4, 401 , y/o hidrocarburos condensables desde los orificios de descarga 520 y 530 localizados en la zona 5, 501 , y el residuo carbonoso sólido desde la salida 700 en la zona 7, 701. Las configuraciones de tornillo variables se acoplan con una pluralidad de zonas de temperatura. Como éste es un equipo de una sola pieza, operado en un proceso continuo, no necesariamente puede haber delimitaciones claras entre las zonas, de tal manera que una zona podría cambiar o traslaparse incidentalmente con la zona subsiguiente.

Las zonas son definidas y/o delineadas generalmente por la geometría del tornillo o barrena interna en pluralidad con su reactor externo para establecer los tiempos de residencia de zona respectivos deseados junto con la temperatura de operación respectiva mantenida en esa zona para cada rendimiento deseado de velocidad de proceso. El diseño de un reactor térmico cilindrico de proceso continuo delineado por zonas se realiza para permitir la construcción de ese reactor con una longitud adecuada pero no innecesaria en su diámetro respectivo para promover la transferencia de calor adecuada al material hidrocarbonáceo durante el tiempo de residencia apropiado en cada zona, realizando con ello las reacciones químicas deseadas durante los tiempos de residencia requeridos, a las magnitudes de terminación deseadas para la velocidad general deseada del rendimiento de proceso. Preferiblemente, los componentes del reactor continuo son diseñados en el contexto de un modelo térmico y cinético interactivo que incorpora variables que incluyen, entre otras cosas, orientación del reactor, longitud del reactor, diámetro del reactor, materiales de construcción del reactor, diseño del tornillo, velocidad de gasto del material hidrocarbonáceo, densidad y conductividad térmica, viscosidad cinética, tiempo de retención en las zonas, rampa de temperatura entre zonas, etc. Ese modelo debe tener la capacidad de pronosticar el resultado de la operación de la presente invención para descomponer cualquier composición de materia prima que se pueda encontrar, con un resultado deseado o tolerable. En ausencia de tal modelo, una geometría óptima puede o no ser derivada de prueba y error que, especialmente en este contexto, puede tener resultados no deseados o incluso catastróficos.

La geometría de un transportador de tornillo típicamente es determinada por la relación de diámetro exterior de paleta a espaciamiento entre paletas (hojas). Esta relación será referida en la presente como "paso" o “relación de paso". La relación típica de diámetro exterior de paleta a espaciamiento de hoja es de 1 : 1 , o una relación de paso de 1 , en donde el espaciamiento al diámetro externo es igual. Este será un paso estándar, los espaciamientos menores siendo por ejemplo un paso más corto o relación de paso mayor de 1 : 1 , o un medio paso o relación de paso de 2:1 , dando como resultado un tiempo de residencia más largo, o un cuarto de paso o relación de paso de 4: 1 , dando como resultado un tiempo de residencia aún más largo, o siendo los espaciamientos mayores un paso largo o relación de paso menor de 1 :1 , dando como resultado un tiempo de residencia más corto. La modalidad de la presente invención ilustrada en la figura 1 tambien incluye una sección de mezclado coincidente con la zona 4, 401 , en la que una mezcladora de cinta, 410, que tiene segmentos abiertos con paletas diseñadas para promover el mezclado, en lugar del transporte, es utilizada entre segmentos adyacentes del transportador de tornillo, 310 y 510. Por consiguiente, la zona 1 , 101 , la zona 2, 201 , y la zona 3, 301 , de la presente invención, colectivamente, sirven como un reactor de tornillo: la zona 4, 401 , sirve como un reactor de tapón; la zona 5, 501 , la zona 6, 601 , y la zona 7, 701 , colectivamente, sirven como un reactor de tornillo. El diámetro del aparato es constante: la relación dentro de las secciones de transportador de tornillo pueden cambiar porque las hojas están espaciadas más estrechamente o espaciadas más ampliamente.

Otras modalidades de la presente invención que tienen zonas de proceso empezando con la introducción de materia prima en el sistema (zona 1 , 101 ), después procedimiento con reducción de volumen y/o compresión (zona 2, 201 ), después procediendo con el cambio de fase de la materia prima a estado fundido (zona 3, 301 ), después procediendo con descomposición de ciertos plastificantes y aditivos y también desprendimiento de ácido clorhídrico, entre otras cosas, desestabilización molecular concurrente y/o subsiguiente (zona 4, 401 ), después procediendo con la descomposición pirolítica (zona 5, 501 ), después procediendo con la desvolatilización del residuo carbonoso y/o coquización (zona 6, 601 ), y terminando con la descarga de producto sólido (zona 7, 701 ), pueden ser utilizadas en cualquier configuración sobre una amplia variedad de escalabilidad para acomodar todas las soluciones de rendimiento global económicamente viables. El sistema incluido por la presente invención es modular, escalable y versátil, siendo adaptable a aplicaciones que tienen composiciones variables de materia prima y tasas de rendimiento global deseadas. Los ejemplos de la versatilidad de la presente invención incluyen la aplicación de un proceso delineado por zonas a cualquier configuración de sistema. Es de notar que aunque algunas, pero no todas las modalidades preferidas de esta invención se describen en la siguiente descripción detallada de la invención, una variedad de modificaciones y cambios dentro del espíritu de la invención se harán evidentes para los expertos en la materia a partir de las revelaciones hechas en la descripción detallada precedente y subsiguiente. Por lo consiguiente, la descripción precedente y la subsiguiente no son limitativas de la presente invención.

Se debe notar que, en esta solicitud, los términos “reactor”, “retorta” y “aparato” se usan frecuentemente de manera intercambiable. En todos los casos, a menos que se indique de otra manera, estos términos se refieren a la presente invención.

Este reactor 10 presenta un reactor lineal, generalmente cilindrico, que tiene una flecha de rotación central larga, 1 1 , que corre a lo largo del aparato, que comprende secciones que tienen configuraciones variables de barrena o tornillo. Los medios precisos de rotación de la flecha 1 1 no son criticos y pueden Incluir cualquier medio conocido en la industria. Las configuraciones de tornillo variables delinean una pluralidad de zonas de temperatura y comciden con las mismas.

La pendiente ascendente 20 puede ser de entre aproximadamente 1 o y aproximadamente 20° fuera de la horizontal 30, con una pendiente ascendente preferida de aproximadamente +2° a aproximadamente +6°. El reactor 10 también se puede orientar o inclinar en la dirección opuesta, o a una pendiente descendente de entre aproximadamente 1 ° y aproximadamente 20° fuera de la horizontal 30, con una inclinación descendente preferida de aproximadamente -2o a aproximadamente -6o para la orientación de pendiente descendente. Esto da una escala posible de entre aproximadamente -20° y aproximadamente +20°, con respecto a la horizontal 30.

La modalidad preferida de la pendiente ascendente es utilizada cuando las composiciones de materia prima que, después de calentamiento, resultan en viscosidades de producto que pueden ser transportadas a través de un reactor de tornillo inclinado. Los vapores que se desprenden de la descomposición de la materia prima se mueven corriente abajo y pendiente arriba a través de zonas progresivamente más calientes hasta alcanzar los orificios de descarga 520 y 530 bajo el vacío relativo del tren de condensación integral, una modalidad del cual se ilustra en la figura 2. En la modalidad de inclinación ascendente, el control de calor delineado por zonas es mantenido fácilmente en las fases sólida y fundida mientras que este material más denso hace contacto continuo con la superficie calentada del reactor cilindrico y/o un tornillo interno opcional calentado, utilizado cuando el calentamiento externo solo no puede superar la baja conductividad térmica del material hidrocarbonáceo. En la modalidad de pendiente ascendente, el nivel de la mezcla fundida, 50, es mantenido a una elevación vertical dictada, en equilibrio dinámico, por la velocidad de pérdida de masa en la zona de pirólisis 5, 501 , contra la velocidad de introducción de carga en la zona 1 , 101. En cualquier orientación con pendiente ascendente, el reactor térmico opera como un reactor de tornillo en las zonas 1 a 3, y en las zonas 5 a 7, y como un reactor de tapón agitado en la zona 4, 401.

La orientación opuesta de pendiente descendente es utilizada cuando las composiciones de materia prima resultan, por calentamiento, en viscosidades de producto que son difíciles de transportar a través de un reactor de tornillo con pendiente ascendente. En esta modalidad de inclinación descendente, el control de calor delineado por zona puede ser mantenido en la fase de vapor en el espacio superior abierto ya que el vapor que se desprende de la materia prima se mueve corriente abajo y pendiente abajo a través de zonas progresivamente más calientes hasta alcanzar los orificios de descarga 520 y 530 bajo el vacío relativo del tren de condensación integral. Para promover y acelerar más este movimiento de vapor, y para minimizar la tendencia del aumento de calor excesivo en el espacio superior abierto de un reactor en orientación de pendiente descendente, con ello potencialmente craqueando de más las moléculas en fase de vapor, una porción del gas no condensable descargado desde el condensador final puede ser reinyectado opcionalmente al reactor en el orificio de inyección 400, y/o el vapor retirado de la ventilación 200 puede ser reinyectado opcionalmente al reactor en el orificio de inyección 400. La temperatura preferida del gas no condensable y/o vapor inyectado, si lo hubiera, es ligeramente menor que la temperatura de operación del punto de inyección. La temperatura de inyección es suficientemente alta para impedir cualquier condensación, manteniendo así el vapor inyectado en la fase de vapor, pero suficientemente baja para consumir la energía calorífica del espacio superior, mitigando así cualquier condición de craqueo excesivo de las moléculas en fase de vapor. Aunque la regulación del calor en la fase de vapor es importante en todas las fases en cualquier orientación, la consideración de regulación de calor en la fase de vapor se hace especialmente crítica en la orientación de pendiente descendente porque el nivel de mezcla fundida, como resultado del flujo de la mezcla fundida en respuesta a la fuerza de la gravedad, será una superficie grande de pendiente descendente arriba de la cual el espacio superior abierto al flujo de vapor estará presente sobre una longitud mucho mayor de reactor 10, y una escala mucho más amplia de temperaturas en el reactor 10 que en la orientación opuesta de pendiente ascendente. En la modalidad de pendiente descendente, el control de calor delineado por zonas tambien puede ser mantenido en el sólido más denso y las fases fundidas conforme éstas hacen contacto continuo con la superficie calentada del reactor cilindrico y/o un tornillo interno opcional calentado, utilizado cuando el calentamiento externo por sí solo no puede superar la mala conductividad térmica del material hidrocarbonáceo. En la orientación de pendiente descendente, aunque el reactor térmico opera como un reactor de tornillo en las zonas 1 a 3 y las zonas 5 a 7, y como un reactor de tapón agitado en la zona 4, el tiempo de retención del material sólido y en fase fundida en la zona 4 probablemente se reduzca por su tendencia a fluir cuesta abajo en respuesta a la fuerza de la gravedad, necesitando un aumento de la longitud de la zona 4 para la orientación de pendiente descendente para mantener un tiempo de residencia adecuado para que ocurra desestabilización molecular y las reacciones de barrido de heteroátomo hasta el grado deseado de terminación.

En la modalidad de pendiente ascendente o pendiente descendente, la colocación apropiada de los orificios de descarga 520 y 530 provee la recuperación óptima de las moléculas de hidrocarburo en fase de vapor sin craquear de más ni con el exceso resultante de gas no condensable y producción de residuo carbonoso. Dado que los orificios de descarga 520 y 530 están en pluralidad con los condensadores 80, y que la operación de los condensadores resulta en vacío relativo consistente con la separación de moléculas en fase de vapor de la corriente de vapor, es importante reconocer y usar este recurso de vacío relativo parar el beneficio del proceso. Por consiguiente, la modalidad preferida es la colocación del orificio de descarga 520 en la zona 5, 501 , inmediatamente arriba del nivel de la mezcla fundida 50 en la modalidad de pendiente ascendente del rector 10; no hay ajuste a esta modalidad preferida en la modalidad de pendiente descendente del rector 10. La colocación del orificio de descarga 520 como se describe permite la remoción del vapor desprendido antes de que el vapor experimente de otra manera el ambiente de temperatura más alta de la zona 6, 601 , en la cual ocurre craqueo y coquización propensa a gas. Similarmente, la colocación del orificio de descarga 530 en la transición entre la zona 5, 501 , y la zona 6, 601 , promueve el apagado inmediato del vapor que se desprende de la zona 6, 601 , tal vapor conteniendo hidrocarburos aromáticos residuales que, si no se apagan conforme entran al orificio de descarga 530, de otra manera serían coquizados a residuo carbonoso y metano si fueran a permanecer en la zona 6, 601 , y la zona 7, 701.

La temperatura del aparato se varía a lo largo del mismo de zona a zona, dependiendo de la funcionalidad deseada, y es controlada por medios de calentamiento externos (no mostrados). Opcionalmente, la tornillo interno también se puede calentar cuando el calentamiento externo por sí solo no puede superar la baja conductividad térmica del material hidrocarbonáceo. El medio de calentamiento no es crítico y puede incluir elementos de calentamiento eléctrico, calentamiento radiante, calentamiento de inyección directa consumiendo con ello el producto gaseoso producido por la presente invención, encamisado térmico usando un medio de transferencia de calor conocido en la industria, que incluye sin limitación Dowtherm®, plomo fundido, sal fundida, sodio fundido y similares.

Aunque la variación modesta de temperatura durante los periodos de operación es bien tolerada por el reactor 10, para fines de eficiencia y para mantener la pluralidad entre la temperatura y el tiempo de residencia de la zona, es deseable mantener el equilibrio dinámico en el reactor 10. El equilibrio dinámico se logra manteniendo una velocidad de gasto constante de materia prima y temperaturas de reactor constantes en cada zona, una vez que se han alcanzado estas temperaturas cuando continúan las operaciones. Entre más lento sea el gasto de materia prima será mayor el tiempo de residencia. Aunque se ha interrumpido el equilibrio dinámico, se puede requerir menos calor para manejar exitosamente las reacciones químicas deseadas durante un tiempo de residencia más largo, siempre que las operaciones continúen dentro de los límites determinantes de velocidad. En contraste, a más rápido gasto de materia prima, será más corto el tiempo de residencia. Aunque el equilibrio dinámico se ha interrumpido, se requerirá más calor para manejar exitosamente las reacciones químicas durante un tiempo de residencia más corto, siempre que las operaciones continúen dentro de los límites determinantes de la velocidad. En ambos casos, si los límites que determinan la velocidad son rebasados por variaciones de temperatura y/o tiempo de residencia, las reacciones deseadas no se realizarán y pueden resultar reacciones indeseables. Por consiguiente, si no se mantiene el equilibrio dinámico, las operaciones en desequilibrio ponen en peligro la operación eficiente del sistema y la consistencia en la calidad del producto.

Aunque es crítico mantener la pluralidad entre la temperatura y el tiempo de residencia de la zona, existen límites en cuando a la capacidad funcional para mantener esta pluralidad si se interrumpe el equilibrio dinámico. Estos límites surgen, entre otras cosas, de la capacidad de diseño del reactor, la conductividad térmica fija del material hidrocarbonáceo y la cinética de reacción. Por ejemplo, una velocidad de alimentación excesiva más allá de la contemplada en el diseño de reactor probablemente resulta en tiempos de residencia insuficientes para facilitar la transferencia de calor hacia el material hidrocarbonáceo. Los tiempos de residencia reducidos pueden ser insuficientes para que las reacciones deseadas alcancen el nivel deseado de terminación, incluso si puede ser transferido el calor adecuado a la materia prima hidrocarbonácea. En otro ejemplo, para tratar de compensar el gasto más rápido de materia prima, se puede aumentar la temperatura del sistema de calentamiento. Aunque se obtiene beneficio limitado por medio de esta acción, la diferencia de temperatura entre las superficies calentadas y el material hidrocarbonáceo se puede hacer tan extrema que promueve prematuramente reacciones que idealmente ocurrirían en una zona sucesiva, perdiendo así la definición de zona en el reactor 10. Los riesgos creados por sobrecalentamiento para compensar el gasto excesivo incluyen la creación de condiciones de operación de presión de reactor excesiva/inseguras, así como también la sobreproducción de gas y residuo carbonoso, a expensas del rendimiento de hidrocarburo de cera sólida y/o condensable. En otro ejemplo, una velocidad de alimentación muy por abajo de la capacidad del reactor 10, o interrupciones crónicas a la alimentación, pueden dar como resultado tiempos de residencia excesivos. Los componentes más densos del material hidrocarbonáceo, en una orientación de reactor de pendiente ascendente, se pueden sedimentar en el fondo de la columna de fusión, pueden desplazar materiales de densidad más baja y recolectarse en el fondo de la columna de fusión, promoviendo el ensuciamiento del reactor 10 que requiere el paro de producción no programado para corregir el problema. De manera similar, en la orientación de pendiente descendente, los componentes más densos del material hidrocarbonáceo se pueden sedimentar en el fondo del reactor y recolectarse detrás de cada hoja de paleta, similarmente ensuciando el reactor 10, aunque en muchos más lugares a lo largo del reactor.

El reactor 10 está comprendido de una serie d&cfistintas zonas de procesamiento de producto a través de las cuales la mezcla de materia prima es calentada continuamente y hecha avanzar. Existen siete de estas zonas de procesamiento de producto: la zona de alimentación de materia prima 101 , la zona de compresión 201 , la zona de fusión 301 , la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo 401 , la zona de pirólisis 501 , la zona de desvolatilización 601 , y la zona de descarga de residuo carbonoso 701.

Zona 1 : Zona de alimentación de materia prima. Esta zona 101 es operada a temperatura y presión ambiental durante un tiempo de residencia menor de un minuto. En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 1 , las materias primas son introducidas al aparato en la entrada 100. El medio exacto de introducción de los materiales de alimentación no es crítico, y puede ser de cualquier método conocido en la industria, siempre que el método de alimentación seleccionado sea suficientemente robusto y eficiente evitando la falla de alimentación de las materias primas despedazadas y frecuentemente muy comprimibles, y aislar contaminantes no poliméricos sólidos indeseablemente grandes y voluminosos que ensuciarán la entrada de alimentación 100 del reactor, o el reactor 10 mismo. La relación de paso del tornillo 1 10 en esta zona es entre 1.0 y 1.5. El propósito de esta zona es aceptar el material en el aparato 10 y mover el material hacia la siguiente zona.

El presente aparato 10 permite la combinación intencional de sólidos mezclados y/o variables con cualquier cantidad, incluso cero, de líquidos basados en petróleo mezclados y/o variables. Provee la conversión eficiente de corrientes de materia prima ampliamente variables, corrientes de materia altamente contaminadas, y corrientes de materia prima que tienen composiciones inconsistentes con el tiempo. Adicionalmente, materiales hidrocarbonáceos pueden ser alimentados en la entrada 100 al reactor 10 con aditivos basados en mineral finamente divididos, seleccionados de uno o más barredores de heteroátomo de fase fundida en formas que incluyen, sin limitación, óxidos, hidróxidos y/o carburos del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalínoterreos, metales de transición, metales de postranslción y/o metaloides. Opcionalmente, por ejemplo, cuando sólo se desea petróleo ligero, aditivo de diésel, o aditivo de gasolina, adicionalmente los materiales de alimentación pueden incluir, uno o más catalizadores de fase fundida en formas que incluyen, sin limitación, óxidos, hidróxidos y/o carburos del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalínotérreos, metales de transición, metales de postransición, metaloides, no metales y/o minerales de silicato naturales y sintéticos.

La adición de aditivos basados en mineral y/o catalizadores de fase fundida en la entrada 100 es opcional, dependiendo de factores que incluyen, sin limitación, la composición de las materias primas hidrocarbonáceas, la mezcla de producto deseado, por ejemplo la relación de petróleo producido a gas producido, la relación de cera producida a petróleo, y la composición molecular deseada de los productos de hidrocarburo condensables. Por ejemplo, cuando se desea la adición de barredores de heteroátomo, el porcentaje en peso del barredor de heteroátomo del total de material hidrocarbonáceo agregado al reactor, tal porcentaje variando de 0% a 20% o más, es determinado por el destino del barredor en el reactor. La dispersión completa de aditivos basados en mineral y/o catalizadores de fase fundida es crítica para el uso eficiente de estos aditivos basados en mineral y/o catalizadores de fase fundida y para prevenir el ensuciamiento del reactor, especialmente en las zonas 1 a 4, que resultan de la presencia en exceso de aditivos basados en mineral y/o catalizadores de fase fundida finamente divididos. Una parte, pero no todo el barredor de heteroátomo estará disponible para participar en las reacciones deseadas si la dispersión del barredor en el material hidrocarbonáceo no es completa. Además, parte del barredor de heteroátomo se puede agregar en el material hidrocarbonáceo antes o después de la introducción del material hidrocarbonáceo al reactor, reduciendo así su disponibilidad para participar en las reacciones deseadas. Si solamente se anticipa una reacción primaria que incluye barredor de heteroátomo, el porcentaje en peso óptimo de barredor de heteroátomo añadido al total de materia prima hidrocarbonácea alimentada, puede ser la suma de la cantidad de barredor de heteroátomo requerida estequiométricamente para completar todas las reacciones deseadas de deshalogenación y desulfurización, más la cantidad de barredor de heteroátomo no disponible para las reacciones deseadas, debido por ejemplo a la dispersión incompleta de barredor de heteroátomo en el sistema. Si se anticipa más de una reacción primaria que incluye barredor de heteroátomo, tal barredor puede ser consumido por reacciones en competencia. Como con uno de muchos ejemplos posibles, si el material hidrocarbonáceo incluye cloruro de polivinilo (PVC) y/o cloruro de polivinilideno (PVDC) en presencia de poliésteres de ácido tereftálico (PET), las reacciones en competencia pueden incluir la conversión del ácido clorhídrico que se desprende de PVC y PVDC a sal de cloruro de calcio y agua, y también la promoción de conversión de los sublimados ácido tereftálico y ácido benzoico que se desprenden de la descomposición de PET a benceno. Por consiguiente, la cantidad de barredor de heteroátomo añadida al material hidrocarbonáceo debe ser suficiente para permitir que todas las reacciones en competencia deseadas lleguen a su terminación. Similarmente, el número de especies de polímero y sus concentraciones relativas en la materia prima hidrocarbonácea tendrán un impacto en las velocidades de descomposición de polímero. Por ejemplo, citando la cinetica simple de primer orden, la velocidad limitada en una sola especie, la adición de más de esas especies puede promover la aceleración de la velocidad de descomposición. La determinación de porcentajes de peso óptimos, si los hubiera, de barredores de heteroátomo a materia prima hidrocarbonácea, se debe hacer con el conocimiento completo de la composición del material hidrocarbonáceo, así como también cualquier variación anticipada de ese mismo material con el tiempo. Similarmente, las velocidades de descomposición del polímero pueden cambiar mediante la adición de catalizador al material hidrocarbonáceo con lo cual las barreras de energía se reducen, dando como resultado interacciones para acelerar algunas, pero no todas, las reacciones de descomposición. La selección y cantidad de catalizador, si lo hubiera, añadida al material hidrocarbonáceo, también son una función de la composición del material hidrocarbonáceo.

Zona 2: Zona de reducción de volumen /compresión de la materia prima. Esta zona 201 es operada para reducir el volumen del material hidrocarbonáceo, expulsar aire atmosférico del material hidrocarbonáceo a una temperatura por abajo del punto de inflamación del material hidrocarbonáceo, y generar y expulsar vapor como humedad en los productos de ebullición del material hidrocarbonáceo. La zona 2, 201 opera con una temperatura interna, a diferencia de la temperatura superficial, no menor que la temperatura ambiente y no mayor que 104.4°C (220°F), más o menos, a presión ambiental, u opcionalmente por ejemplo cuando el vapor de agua se debe minimizar en el reactor 10, bajo un vacío 200 menor de 10.13 kPa (0.1 atm), más o menos, por un tiempo de residencia menor de tres minutos, más o menos. En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 1 , la relación de paso del tornillo 210 en esta zona es entre 1.5 y 2.0. El volumen del material hidrocarbonáceo se reduce y los materiales alimentados son comprimidos por el tornillo de rotación 210, que fuerza aire y humedad, como vapor, fuera del sistema bajo el vacío opcional 200. La reducción de humedad de la materia prima es efectuada así a un contenido de humedad que varía de menos de 1 % de humedad en peso hasta 15% de humedad en peso, más o menos. En la modalidad preferida, la humedad es reducida a aproximadamente 10% en peso. El aire y humedad expulsados pueden ser enviados a un lecho de carbón; la humedad condensada y desechada como agua de desecho. El aire remanente, por ejemplo, puede promover el control de olor, opcionalmente puede ser dirigido a la entrada de aire de un sistema de calentamiento de reactor de inyección directa o la entrada de aire de una serie de generadores (“genset”, no mostrada) que comprende un generador de diésel aprovisionado de combustible por el producto de gas no condensable descargado del orificio de descarga de gas 830 (mostrado en la figura 2) más un dínamo. Se usa una serie de generadores para generar electricidad, que puede ser usada por el aparato y/o distribuida a otras partes de la instalación. Los usos posibles de una serie de generadores incluyen, sin limitación, el calentamiento del reactor 10, y la energización del motor que hace girar la flecha 11.

Zona 3: Zona de fusión de materia prima. Esta zona 301 es operada con una escala de temperatura interna de reactor de entre 104.4°C y 300.0°C (220°F y 572°F), más o menos, a una presión de reactor derivada in situ durante un tiempo de residencia no menor de 15 minutos y no mayor de 45 minutos, más o menos. Por ejemplo, si el material hidrocarbonáceo está compuesto de poliisobutileno, una parte o todo el poliisobutileno entrará a la zona 3 como una mezcla fundida, dependiendo de los isómeros de poliisobutileno que constituyen el material. En otro ejemplo, si el material hidrocarbonáceo está compuesto de polietileno de baja densidad, la temperatura mínima de operación de la zona 3 es de 104.4°C (220°F) o más, en una temperatura de operación adecuada para efectuar la fusión de todos los constituyentes que tienen un punto de fusión de 104.4°C (220°F) o más abajo, más o menos. En otro ejemplo, si el material hidrocarbonáceo está compuesto de poliestireno, la temperatura mínima de operación de la zona 3 es de 240.0°C (464°F) o más, en una temperatura de operación adecuada para efectuar la fusión de todos los constituyentes que tienen un punto de fusión a 240.0°C (464°F) o más abajo, más o menos. En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 1 , el tornillo 310 tiene una relación de paso entre 2.0 y 5.0, con un paso preferido de 2.5. Si están presentes halógenos orgánicos en la mezcla fundida, la operación de la presente invención resultará en la generación de un rendimiento relativamente modesto de ácidos de halógeno en la escala de temperatura no menor de 151.7°C (305°F). Acido clorhídrico adicional puede desprenderse en la zona 3, 301 , ya que la temperatura de operación de la zona 3 se aproxima a 300.0°C (572°F). En ese caso, empezarán a formarse sales que resultan de la reacción de barredor de heteroátomo y ácidos de halógeno, actuando con ácidos de halógeno remanentes como catalizadores de craqueo de fase fundida generados in situ por la operación de la presente invención.

Zona 4: Zona de mezclado desestabilización v barrido de heteroátomo. Esta zona 401 es operada con una escala de temperatura interna de reactor no menor de 300.0°C (572°F) y no mayor de 365.6°C (690°F), más o menos, y presión de reactor derivada in situ para un tiempo de residencia no menor de 30 minutos y no mayor de 120 minutos, más o menos. La finalidad de esta sección del aparato es mezclar completamente la mezcla fundida durante un periodo prolongado, desestabilizar las moleculas que comprenden la mezcla fundida, barrer el azufre (desulfurizar), y convertir halógenos orgánicos en sales sólidas (es decir, deshalogenar). En una modalidad preferida, no hay tornillo helicoidal en esta zona; más bien el tornillo 1 1 impulsa un mezcladora de cinta 410. Otras modalidades (no mostradas) podrían utilizar otros medios de mezclado tales como mezcladores de paleta, mezcladores de barrena de corte y doblado, y similares. El reactor 10 opera como un reactor de tapón en la zona 4.

El craqueo de polímero en las materias primas es promovido por la generación en múltiples etapas de ácido clorhídrico, ácido bromhídrico y/o ácido fluorhídrico, ya que tales ácidos son identificados comúnmente como catalizadores de craqueo. Concurrente y subsiguientemente, la reacción de estos ácidos de halógeno con el barredor de heteroátomo resulta en la conversión de halógenos orgánicos del material hidrocarbonáceo a sales que también son identificadas como catalizadores de craqueo. Por consiguiente, además de la zona 4, 401 , la generación de vapores de hidrocarburo como resultado de la descomposición de ciertos plastificantes de polímero y aditivos en la zona 4, la operación de la zona 4 también resulta en la producción de vapores de hidrocarburo a temperaturas muy por debajo de las pronosticadas por modelos térmicos y cinéticos estándares. Después de la condensación, estos vapores de hidrocarburo producidos en la zona 4, 401 , resultan no menores de 2% ni mayores de 22%, más o menos, del rendimiento total de producto condensable de la presente invención. La eficacia de barrido de heteroátomo y la velocidad de producción de petróleo producto que resulta de la operación de la zona 4, 401 , son controladas por factores que incluyen, sin limitación, la rampa de temperatura para lograr la temperatura de operación de la zona 4, el tiempo de residencia en la zona 4, y la interacción de la geometría de la zona 4 contra la velocidad de gasto de la materia prima y la composición. La geometría de la zona 4 es una función de factores que incluyen la longitud del reactor 10, el diámetro del reactor, el diseño del tornillo, y a un grado mucho menor, la pérdida total de masa de la mezcla fundida de la zona 4. Los heteroátomos separados de la mezcla fundida hidrocarbonácea a través de las reacciones de la zona 4 se acumulan principalmente como sales en el material de residuo carbonoso, que es separado en una etapa posterior que se describe más abajo.

Además de los productos de pirólisis recuperados de segmentos subsiguientes de la presente invención, el producto de cera microcristalina y/o de parafina puede ser descargado directamente desde el orificio de derivación 420 localizado en la transición de la zona 4, 401 , a la zona 5, 501. Mientras que la mezcla fundida mixta dentro de la primera mitad de la zona 4 mantiene características de plástico fundido cuando es descargada y examinada después de congelación, conforme el material avanza progresivamente dentro de la última mitad de la zona 4 hacia la transición de la zona 4, 401 , a la zona 5, 501 , el material empieza a experimentar craqueo que es dominado por craqueo homólogo, perdiendo gradualmente viscosidad y, después de congelación, haciéndose más friable, tomando finalmente las características de cera dura cuando se mantiene en el tiempo de residencia adecuado en la escala de temperatura de 352°C (670°F) a 365°C (690°F). Dado que se ha formado relativamente poco residuo carbonoso antes de la pirólisis en la zona 5, la cera descargada del orificio de derivación 420 está contaminada sólo por moléculas disueltas de hidrocarburo de peso molecular más bajo que no se han desprendido de la cera como vapor, componentes no hidrocarbonáceos de la materia prima introducida al reactor, y subproductos de reacción, si los hubiera, de barredores de heteroátomo si alguno fuera introducido. El reactor se puede operar con o sin derivación de cera. Si la cera no es separada, ésta permanece en el reactor en un estado líquido debido a la temperatura, y es procesada adicionalmente como un producto intermediario en la mezcla fundida líquida. Si es separada y recuperada, se enfriará a un estado sólido a temperatura ambiente. Como tal, la cera se considera un producto sólido.

Ciertos materiales no poliméricos del material hidrocarbonáceo participarán y/o promoverán reacciones que resultan en cambios de la composición molecular del producto final. Por ejemplo, la presencia de papel como contaminante de la materia prima hidrocarbonácea introducida en el reactor 10, puede causar un aumento proporcional de la concentración de hidrocarburos aromáticos y aromáticos polinucleares a expensas de la parafina y/o isoparafina en la cera recuperada del orificio de derivación 420 mostrado en la figura 1 , y también en los vapores de hidrocarburo condensables condensados y recuperados de los orificios de derivación 831 y/u 833 y/u 835 mostrados en la figura 2. Si los productos primarios deseados incluyen un corte aromático, la presencia de papel en la materia prima puede ofrecer una ventaja. En otro ejemplo, en los plásticos de desecho municipales pueden estar presentes desechos laminados de empaques de alimentos, que incluyen láminas delgadas de aluminio como componentes del laminado. Después de que las capas de polímero se funden, la lámina delgada de aluminio es liberada. La superficie metálica del aluminio promueve una rápida despolimerización sobre su superficie, dando como resultado un mayor rendimiento de la fracción de cera.

La descarga de cera del orificio de derivación 420 resulta en un rendimiento total del proceso más alto de los hidrocarburos de petróleo condensables que la operación de la presente invención sin descarga de cera del orificio de derivación 420. Cuando los hidrocarburos condensables son separados como cera del orificio de derivación 420, las moléculas separadas no experimentan pirólisis en las zonas 5, 501 , y 6, 601 , y el rendimiento proporcional de gas y residuo carbonoso es más bajo. En general, la cantidad relativamente limitada de residuo carbonoso suspendido en la cera descargada del orificio de derivación 420 está compuesta principalmente de carbón que resulta de la descomposición de celulosa, incluida como contaminante en la alimentación de materia prima, materia no polimérica incluida como contaminante en la alimentación de materia prima, barredor de heteroátomo que reaccionó y que no reaccionó, si se añade barredor de heteroátomo, catalizador de fase fundida creado in situ, y cualquier catalizador de fase fundida añadido a la alimentación de materia prima.

La cera que resulta de la descomposición de polímeros mezclados y recuperada del orificio de derivación 420 exhibe muchas características de cera microcristalina en contraste con la cera de parafina, que incluyen la relación de aléanos ramificados y no ramificados, color más oscuro, punto de fusión más alto, dureza y características adhesivas. En general, si el orificio de derivación 420 está localizado más cerca de, o dentro de, la transición entre la zona 4, 401 y la zona 5, 501 , las propiedades de la cera parecen más similares a la cera de parafina, aunque el contenido del residuo carbonoso suspendido es más alto.

La recuperación exitosa de producto de cera microcristalina y/o parafina del orificio de derivación 420 es realizada en la orientación de reactor de pendiente ascendente cuando el nivel del límite de la mezcla fundida 50, tambien descrito como el nivel del material hidrocarbonáceo fundido y desestabilizado que entra a la zona 5, 501 , de la zona 4, 401 , es mantenido alimentando la materia prima hidrocarbonácea al reactor 10 a una velocidad adecuada para mantener el nivel del límite de mezcla fundida 50. La recuperación no exitosa del producto de cera microcristalina y/o parafina del orificio de derivación 420 resulta de permitir que el límite de la mezcla fundida 50 descienda por abajo del orificio de derivación 420 debido a la pérdida de masa a través del desprendimiento de vapor y la descarga de vapor. Si la velocidad de alimentación es suficientemente alta, el límite de la mezcla fundida 50 se mantendrá por arriba del orificio de descarga 420. Si la alimentación es demasiado lenta, el límite de mezcla fundida 50 descenderá por abajo del orificio de descarga 420. Si la velocidad de alimentación es demasiado alta, el límite de la mezcla fundida 50 será suficientemente alto para descargar la “cera” del orificio de descarga 420, pero el límite de la mezcla fundida 50 se elevará para cubrir los orificios de descarga de vapor 520 y, en un caso extremo, tambien cubrir el orificio de descarga 530, impidiendo así el flujo de vapor abierto a través de los orificios y creando condiciones indeseables de presión alta. En tal caso, la materia prima que alimenta al reactor a una velocidad de gasto excesiva podría resultar en una condición en donde el material hidrocarbonáceo tiene un tiempo de residencia inadecuado para pirolizar en la zona subsiguiente 5, 501. Por consiguiente, la materia prima que alimenta al reactor a una velocidad excesiva también podría resultar en ensuciamiento de las zonas subsiguientes 6, 601 , y 7, 701 , con material hidrocarbonáceo que no reaccionó. Como una medida de seguridad y para prevenir una falla aguda del reactor inesperada o incluso catastrófica, se colocan válvulas de seguridad de vaciado rápido estándares (no mostradas) en el reactor 10 en posiciones que incluyen la transición entre la zona 4, 401 y la zona 5, 501 , y también en la zona 6, 601.

La recuperación exitosa de producto de cera microcristalina y/o parafina del orificio de derivación 420 es efectuada en la orientación de pendiente descendente de reactor con menor riesgo de cubrir los orificios de descarga de vapor 520 y 530, y así menor riesgo de crear condiciones indeseables de alta presión.

Zona 5: Zona de pirólisis. Esta zona 501 es operada con una escala de temperatura interna de reactor apropiada para la mezcla de materia prima introducida al reactor térmico primario, comúnmente entre 365°C (690°F) y 393°C (740°F), más o menos, en el extremo inferior de la escala de temperatura, y 454°C-488°C (850°F-910°F), más o menos, en el extremo superior de la escala de temperatura, y a la presión de reactor derivada in situ, generalmente no mayor de 34.47 kPa (5.0 libras por pulgada cuadrada), más o menos, para un tiempo de residencia no menor de 30 minutos y no mayor de 90 minutos, más o menos. En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 1 , el tornillo 510 tiene una relación de paso entre 2.0 y 5.0, con una relación de paso preferida de 2.5 a 3.0. La falta de oxígeno, junto con temperatura alta durante el tiempo de residencia requerido, resulta en varias reacciones de pirólisis que ocurren gobernadas por cinética de reacción de orden superior, descomposición del material polimérico en vapores volátiles y material de residuo carbonoso. La corriente de vapor está compuesta principalmente de vapor, pero puede contener líquidos en aerosol y moléculas condensables. Esta corriente de vapor es sometida a tratamiento adicional corriente abajo (que se describe más abajo) en donde se separan los vapores condensables y no condensables. Los vapores condensables forman líquidos, que incluyen petróleo, petróleo crudo dulce ligero, aditivos de petróleo y petróleo base. Una fracción puede formar productos sólidos en forma de cera cruda. Los vapores o gases no condensables son recuperados y pueden pasar opcionalmente a una serie de generadores (que se describe arriba) para producir energía eléctrica, o se pueden hacer circular antes de usar en cualquier parte como el manto de vapor sobre el producto líquido (expuesto más abajo en mayor detalle).

Los rendimientos finales de hidrocarburos condensables, y también el balance de materia relativo de petróleo, gas, residuo carbonoso y residuo inorgánico, son controlados por varios factores. Estos factores incluyen, sin limitación, la temperatura de operación, la interacción de la geometría de la zona 5, 501 , contra la velocidad de gasto de la materia prima, el tiempo de residencia requerido para que las reacciones de pirólisis lleguen hasta su terminación, la magnitud deseada de terminación de las reacciones, la composición de materia prima y la recuperación, si la hubiera, del producto de cera del orificio de derivación 420. La geometría de la zona 5 es una función de factores que incluyen, sin limitación, la longitud del reactor, diámetro del rector, diseño del tornillo/mezcladora, y la velocidad pronosticada de pérdida de masa por desprendimiento y emisión de vapor de la mezcla fundida de la zona 5, tal pérdida de masa siendo una entrada clave de un modelo térmico y cinético interactivo para el diseño de la geometría de la zona 5. El proceso que comprende la presente invención se caracteriza por la ausencia virtual de oxígeno y halógenos orgánicos en la zona de pirólisis 5, 501 , junto con la presencia de catalizadores derivados in situ que incluyen sales.

La operación de la zona 5, 501 , da como resultado pérdida significativa de masa del material hidrocarbonáceo conforme procede la pirólisis sobre el material hidrocarbonáceo que avanza continuamente, y es expulsado vapor del reactor. Por consiguiente, cuando el reactor 10 está en una orientación inclinada ascendentemente, en la transición de la terminación de la zona 4, 401 , al comienzo de la zona 5, 501 , el volumen interno del reactor inclinado en la zona 5 está saturado con material hidrocarbonáceo fundido. Sin embargo, conforme el material avanza a lo largo de la zona 5, el volumen interno del reactor en la zona 5 ya no está saturado con material hidrocarbonáceo fundido, dando como resultado el límite 50 de la mezcla fundida. Esto crea un espacio superior y un aumento volumétrico relativo en el espacio superior sobre el material hidrocarbonáceo fundido y en pirólisis conforme el material avanza hacia la zona 6, 601. La superficie del límite de la mezcla fundida 50 del material hidrocarbonáceo pirolizado es una interfaz en ebullición y transición dinámica de vapor arriba del material hidrocarbonáceo incompletamente pirolizado. Esta superficie 50 sube y baja continuamente conforme hierve bajo condiciones del equilibrio dinámico hasta que el material hidrocarbonáceo es pirolizado eficientemente, dejando sólo el material de residuo carbonoso sólido y cualquier material hidrocarbonáceo pirolizado incompletamente para avanzar a la zona 6, 601 , para la desvolatilización y coqueo. Un cambio acompañante y correlativo de viscosidad del material hidrocarbonáceo es experimentado en el reactor conforme la pirólisis procede hasta su terminación.

Opcionalmente, por ejemplo en casos en los que se desea la evacuación acelerada de vapor producto del reactor 10, y dependiendo de la mezcla de producto deseada, se puede introducir un gas portador no condensable en la porción más fría de la zona 5, 501 , en el orificio de gas de purga 500. Tal gas portador no condensable está comprendido de nitrógeno y/o una fracción de gas no condensable recielado que resulta de la operación de la presente invención y/o metano de gas natural. El uso de un gas recielado y/o metano como una alternativa al nitrógeno como gas portador tiene el beneficio de mayor contenido de BTU del gas de proceso producido en ausencia de dilución por nitrógeno, y también disminución de los gastos de operación eliminando la necesidad de comprar o generar nitrógeno. Este aspecto de la presente invención, dependiendo de la composición de la materia prima y la escala de condiciones de operación, también puede resultar en el beneficio inesperado de aumento del rendimiento de petróleo, el beneficio inesperado aunque modesto de un ligero aumento de la concentración de hidrógeno de la atmósfera del reactor en el medio de pirólisis, y un aumento inesperado de la concentración de hidrógeno en el gas de proceso resultante.

Zona 6: Zona de desvolatilización del residuo carbonoso sólido: La zona 6, 601 , sirve para impulsar los hidrocarburos volátiles del residuo carbonoso y también para convertir cualquier oligómero remanente e hidrocarburos aromáticos semivolátiles en coque. La zona 6 opera con una temperatura interna de reactor no menor que la temperatura máxima de pirólisis apropiada para la mezcla de materia prima introducida en el reactor térmico, comúnmente entre 454°C (850°F) y 488°C (910°F), más o menos, y no mayor de 982°C (1 ,800°F), más o menos, común y preferiblemente entre 583°C (1 , 100°F) y 649°C (1 ,200°F), más o menos, y a presión de reactor derivada ¡n situ generalmente no mayor de 34.47 kPa (5.0 libras por pulgada cuadrada), más o menos. La zona 6, 601 , opera a una presión de reactor derivada in situ generalmente no mayor de 5.52 kPa (0.8 libras por pulgada cuadrada), más o menos, y un tiempo de residencia no menor de 15 minutos y no mayor de 60 minutos, más o menos. En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 1 , el tornillo 610 tiene una relación de paso entre 2.0 y 5.0, con una relación de paso preferida de 2.5 a 3.0. El vapor que resulta de las reacciones que ocurren en las zonas 5, 501 , y 6, 601 , es descargado en las salidas 520 y 530 colocadas en la zona 5, 501 , y la zona 6, 601. Las salidas pueden ser una sola salida 520, o una pluralidad de salidas, incluso salidas de retroceso o auxiliares 530.

Se puede usar un limpiador (no mostrado) para recuperar cualquier halógeno residual no capturado en la zona 4, 401 , antes de descargar en los condensadores de reducción 80. Este limpiador de heteroátomo opera a una escala de temperatura apropiada para la recuperación de los halógenos en cada mezcla de materia prima única, pero no a una temperatura excesiva para promover craqueo, por ejemplo entre 338°C (640°F) y 365°C (690°F), más o menos.

Opcionalmente, el vapor que resulta de la operación de la zona 6, 601 , puede ser enviada a reactores de catalizador y/o reactores de reflujo y/o columnas de fraccionamiento (colectivamente, no mostradas) para procesamiento ulterior antes de la descarga en los condensadores de reducción 80. El vapor que emana de las zonas 5, 501 , 6, 601 , y/o 7, 701 , del reactor térmico primario 10 y/o el limpiador puede ser enviado a uno o más reactores secundarios de catalizador y/o reactores de reflujo y/o columnas de fraccionamiento (colectivamente no mostradas). Estos reactores y/o columnas están diseñados para optimizar el tamaño molecular y la distribución de especies moleculares en el producto condensable conforme se requiera.

Además, la finalidad de la zona 6, 601 , incluye la terminación del craqueo molecular hasta el punto final deseado, también alcanzando descomposición de algunos pero no todos los sítanos y siloxanos. Notablemente, del material hidrocarbonáceo que incluye polifluoroetileno (PTFE), sítanos cloro etilaromáticos (un componente de tableros de circuitos de multicapa flexibles) u otras especies halogenadas para las que los modelos cinéticos describen deshalogenación a temperaturas que rebasan 454°C (850°F), la captura de dichos halógenos se debe realizar en un limpiador (no mostrado) localizado corriente abajo del reactor 10 y corriente arriba del arreglo de condensadores 80.

Opcionalmente, si el contenido de defina de los productos condensables es problemático, se puede inyectar un antioxidante/estabilizador/inhibidor (referido en adelante como “inhibidor”) corriente abajo de la descarga del reactor 10 y corriente abajo de un punto de descarga de vapor de cualquier reactor de catalizador y/o reactor de reflujo y/o columna de fraccionamiento, en donde la mitigación de temperatura es suficiente. El inhibidor puede estar comprendido de 4-ter-butil-catecol, u otros alquil-catecoles, 2,6-dinitro-p-cresol (DNPC), cortes de petróleo crudo asfáltico completo o descabezado, fenilendiamina y/o materiales disponibles comercialmente de la categoría de inhibidores de compuesto oxi. Los inhibidores son introducidos para inhibir reacciones oxidativas de amplio espectro corriente abajo que incluyen especies moleculares metaestables y también polimerización de aditivo, que ocurrirían de otra manera. La corriente de producto de reflujo a una temperatura de aproximadamente 137.8°C (280°F) puede ser inyectada con inhibidor a una velocidad de 0.00001 a 0.05 moles por ciento al condensador 801 , si el condensador 801 es operado a una temperatura máxima por debajo de aproximadamente 137.8°C (280°F), o inyectada al condensador 803, si el condensador 801 es operado a una temperatura máxima de arriba de aproximadamente 137.8°C (280°F).

El vapor producto es descargado de los orificios de descarga 520 y 530 o, si se utilizan, de reactores de catalizador y/o reactores de reflujo y/o columnas de fraccionamiento y/o limpiadores corriente abajo, a los condensadores de reducción 80 en serie, por ejemplo, a los condensadores 801 , 803 y 805, mostrados en la figura 2, opcionalmente complementados con eliminadores de nieblas 81 1 , 813 y 815 entre los condensadores, para las aplicaciones requeridas en donde se puede lograr la separación más eficiente que con los condensadores solos. Cuando es necesario, se puede utilizar un sistema eliminador de nieblas final (no mostrado) en la terminación del tren de condensación para remover muy eficientemente los hidrocarburos aromáticos residuales del gas no condensable producto. Cada condensador de la serie es operado dentro de una escala de temperatura predeterminada especificada para aislar moléculas dentro de las escalas de punto de rocío deseadas, resultando en productos condensables que tienen gravedades API y puntos de vertido y/o puntos de fusión respectivos. En la figura 2, el primer condensador 801 de la serie 800 opera a la escala de temperatura más alta, y el condensador final 805 de la serie opera a la escala de temperatura más baja. Los múltiples eliminadores de nieblas opcionales, 81 1 , 813 y 815, son operados a temperaturas que corresponden a las temperaturas de operación mínimas de sus condensadores respectivos. Los condensadores y, cuando se utilizan, los eliminadores de nieblas, son acondicionados con recipientes de recolección 821 , 823 y 825, conocidos también como separadores de tipo knockout, que proveen acumulación/derivación de petróleo, y separación petróleo-agua según se requiera para cada corte de petróleo que se va a recuperar.

Los cortes de producto condensables son recuperados de cada condensador y su eliminador de nieblas dedicado hacia los separadores knockout respectivos, 821 , 823 y 825, que proveen la separación por densidad de agua derivada in situ y petróleo. Los múltiples condensadores utilizados en serie 80 constituyen una serie de condensadores de reducción, también conocida como tren de condensación. Como un ejemplo, si el tren de condensación de reducción se construye de manera adecuada para recuperar por lo menos 4 cortes, se instalan en serie cuatro condensadores de reducción. La cera cruda puede ser recuperada del primer condensador de reducción y su eliminador de nieblas respectivo si se operan entre 148.9°C y 182.2°C (300°F y 360°F), más o menos; o alternativamente la cera cruda y el petróleo base se pueden recuperar del primer condensador de reducción y su respectivo eliminador de nieblas si se operan entre 54.4°C y 148.9°C (130°F y 300°F), más o menos. El petróleo crudo dulce ligero, descrito algunas veces como aditivo de diésel, puede ser recuperado del segundo condensador de reducción y su eliminador de nieblas respectivo si se operan entre 32.2°C y 54.4°C (90°F y 130°F), más o menos. La mayor parte del agua puede ser recuperada comcidentemente con la recuperación de hidrocarburos de C4-C8, descritos algunas veces como condensado o aditivo de gasolina, del tercer condensador de reducción y su eliminador de nieblas respectivo, si se operan entre 15.6°C y 32.2°C (60°F y 90°F), más o menos. Un corte aromático ligero, y también el resto principal del agua, son recuperados del cuarto y último condensador de reducción y su respectivo eliminador de nieblas si se operan entre 1.7°C y 15.6°C (35°F y 60°F), más o menos.

El producto líquido puede ser enviado a tanques de almacenamiento diario distantes, 831 , 833 y 835, como se representa en la figura 2, y a la venta subsiguiente del producto. Los tanques de producto que contienen líquidos que tienen puntos de vertido más altos o productos de cera que deben ser transportados en estado fundido, son calentados hasta un punto mínimamente arriba de los puntos de vertido y/o puntos de fusión de producto respectivos, para proveer la transferencia de producto sin destilar los productos en sus tanques de almacenamiento diario respectivos. La modalidad preferida es para mantener un manto de vapor anaeróbico no condensable sobre los productos líquidos para minimizar la degradación de producto mediante oxidación, y retardar la formación de alquitrán y barniz que puede ocurrir de la polimerización de aditivo, atribuida a la presencia de olefinas, especialmente si no se agrega inhibidor (como el que se describe arriba) al producto. El manto de vapor puede estar comprendido de gas no condensable producto, producido por el aparato y descargado del orificio de descarga de gas, 830. Las entradas y ventilaciones de vapor del tanque pueden ser reguladas por presión y pueden ser integrales con el orificio de descarga de gas no condensable, 830, de la presente invención. Los cortes pesados recuperados del primer condensador 801 se pueden recielar de vuelta al proceso como se describe arriba, si no se desea la recuperación y venta de cortes pesados.

El gas no condensable residual es recuperado del orificio de descarga de gas no condensable, 830, y opcionalmente se puede pasar a una serie de generadores (descrita arriba) para producir energía eléctrica. Como se indicó anteriormente, los posibles usos de esta energía eléctrica incluyen, sin limitación, el calentamiento del reactor 10 y energización del motor que hace girar la flecha 1 1. Alternativamente, el gas no condensable recuperado se puede hacer circular para usar en cualquier parte como el manto de vapor sobre el producto líquido en los tanques de producto líquido, como combustible para el calentamiento de inyección directa del aparato reactor, o puede ser consumido como combustible para otros propósitos, o quemado en antorcha.

Una serie de generadores opcional, utilizada cuando la generación de energía eléctrica es conveniente, tal como en localizaciones remotas, o si el precio de la electricidad es prohibitivo, puede tomar aire compuesto de la zona de compresión 201 y/o áreas en donde se desea el control de olor, por ejemplo, almacenamiento de inventario de materias primas de plástico postconsumidor, secadores de producto, y similares. El escape de la serie de generadores es enviado a un sistema de control de contaminación del aire.

El agua derivada in situ, recuperada de la humedad que entra en el reactor térmico primario con la materia prima hidrocarbonácea y creada por reacciones químicas en el reactor térmico primario y en otras partes, se puede recuperar separadamente del fondo de los separadores de tipo knockout, 821 , 823 y 825, representados en la figura 2, se puede pasar sobre un lecho de carbón para adsorber compuestos hidrocarburos aromáticos disueltos, y subsiguientemente evaporarse a vapor usando calor residual de la serie de generadores, si se utiliza, del calentamiento de inyección directa del reactor, y/o de otra parte. Opcionalmente, alguna parte de este vapor puede ser retornado al proceso en el orificio de inyección 400, localizado en la zona 3 (como se representa en la figura 1 ) o en la zona 4, o alternativamente se puede inyectar en el orificio de gas de purga 500 de la zona 5 para promover la reacción de desplazamiento agua-gas. Alternativamente, se puede enviar como vapor al sistema de control de contaminación del aire.

Zona 7: Zona de descarga de residuo carbonoso v sólidos. Esta zona 701 es operada con una escala de temperatura interna de reactor no menor que la temperatura máxima de la zona 6 precedente, 601 , y no mayor de 982.2°C (1 ,800°F), más o menos, al comienzo de la zona de descarga a la temperatura ambiente al finalizar la descarga. Se opera a una presión de reactor derivada in situ generalmente menor que la presión del sistema experimentada en la zona 6, 601 , y no mayor de 6.89 kPa (1.0 libras por pulgada cuadrada), más o menos, experimentada en la zona 7 y corriente abajo de los orificios de derivación de vapor, 520 y 530, que operan a vacío relativo debido a sus descargas respectivas a los condensadores 80. El tiempo de residencia en la zona de descarga de residuo carbonoso es mayor de 15 minutos y menor de 30 minutos. El residuo carbonoso sólido es removido del sistema y los contaminantes inertes que incluyen, sin limitación, vidrio, piedras, metal y similares, son secuestrados del reactor con el residuo carbonoso. En la modalidad de la presente invención mostrada en la figura 1 , el tornillo 710 tiene una relación de paso entre 2.0 y 5.0, con una relación de paso preferida de 3.0 a 3.5. Los sólidos de la zona 7, 701 , son descargados a través de la salida de residuo carbonoso, 700. Los sólidos pueden ser descargados en un sistema de derivación de sólidos sellado, frío, de proceso continuo (no mostrado) que puede ser parte de la zona 7, 701. En su extremo caliente, el residuo carbonoso es purgado con metano de gas natural. El sistema se diseña para recolectar y/o separar y enfriar los sólidos, impedir la readsorción de hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos aromáticos polinucleares sobre el residuo carbonoso por medio de purga de etano, y convertir el vapor atrapado en la corriente de sólidos de una atmósfera anaeróbica caliente dominada por gas de purga metano en la zona 7, 701 , corriente abajo de la salida de residuo carbonoso 700, en aire atmosférico, a una temperatura por debajo del punto de inflamación de los sólidos al final de la zona 7, 701. Esto se hace de tal manera de impedir la combustión espontánea y mitigar el peligro de explosión de polvo. Dada la capacidad muy aislante del residuo carbonoso, resulta crítico un tiempo de residencia adecuado para permitir el enfriamiento para evitar la combustión espontánea.

La capacidad de la presente invención para impedir la readsorción de hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos aromáticos polinucleares sobre el residuo carbonoso en la zona 7, 701 , es un mejoramiento importante sobre los intentos de recuperación de residuo carbonoso de la téenica anterior. El residuo carbonoso de pirólisis es notablemente conocido por ser “pegajoso”, dada la presencia de alquitrán adsorbido compuesto de hidrocarburos aromáticos y aromáticos polinucleares. Este problema es resuelto por la capacidad de la presente invención para impedir la readsorción de hidrocarburos aromáticos e hidrocarburos aromáticos polinucleares sobre el residuo carbonoso por medio de purga de metano caliente antes del enfriamiento final conforme es descargado. Como resultado, dada la ausencia de casi todos los hidrocarburos aromáticos y aromáticos polinucleares, si el residuo carbonoso debe ser eliminado como un desecho, el residuo carbonoso descargado de la zona 7, 701 , de la presente invención no exhibe las características de toxicidad D018, D023, D024, D025, D026 o D036 de desecho peligroso descritas en el CFR 40, Parte 261.20. Dada la gran diferencia en el costo de eliminación entre desechos sólidos no peligrosos y desechos peligrosos, este mejoramiento de la presente invención provee un medio para eliminar, si es necesario, el residuo carbonoso como desecho sólido no peligroso, a diferencia del desecho peligroso identificado por los códigos de desechos peligrosos previamente identificados.

En ensuciamiento es un problema común y puede ocurrir en varios puntos del aparato. Tales puntos incluyen las boquillas de descarga que salen del reactor térmico primario. Este ensuciamiento es el resultado de la deposición de residuo carbonoso, barniz, alquitrán, ácido tereftálico, ácido benzoico, sales minerales y similares. Estos depósitos pueden ser removidos y/o su acumulación puede ser impedida de varias maneras. Un método es mediante la operación de uno o más sistemas sacudidores mecánicos que se instalan en el interior de las boquillas u otros puntos. Una modalidad preferida de un sistema sacudidor se describe en la solicitud de patente de EE. UU. 13/735677, “Anti-Fouling Apparatus for Cleaning Deposits ¡n Pipes and Pipe Jomts”, presentada el 7 de enero de 2013. Ese aparato sacudidor está diseñado para desgastar el interior de las superficies propensas a ensuciamiento permitiendo al mismo tiempo la derivación de vapor, a fin de no crear caídas de presión y fluctuaciones de presión indeseables, y es operado mediante uso manual programado o mediante control electrónico. El vapor resultante se pasa a través de un elemento de filtración comprendido de cerámica, fibra de vidrio y/o un dispositivo electrostático, para mitigar el paso de partículas suspendidas a segmentos sucesivos del sistema. Esto reduce el ensuciamiento del sistema corriente abajo, reacciones químicas indeseables corriente abajo, incluso catálisis, promovidas por la presencia de partículas de residuo carbonoso y/o sales y óxidos, y material en partículas atrapadas/suspendidas que contribuye de otra manera a la concentración total de metales en los productos condensables.

Aunque la invención se ha descrito en detalle haciendo referencia a ejemplos y modalidades particulares, los ejemplos y modalidades contenidas en la presente solo son ilustrativas y no son una lista exhaustiva. Los expertos en la materia contemplarán fácilmente variaciones y modificaciones de la presente invención. La presente invención incluye todas esas modificaciones y sus equivalentes. Las reivindicaciones solas están construidas para establecer los límites de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para pirolizar materiales hidrocarbonáceos para producir productos de vapor y productos sólidos útiles, que comprende: un reactor lineal, generalmente cilindrico, que tiene unos medios de tornillo para transportar dichos materiales hidrocarbonáceos a través del reactor; medios para alimentar materiales hidrocarbonáceos a dicho reactor; medios para calentar dichos materiales hidrocarbonáceos, con los que estos son procesados y pirolizados para producir productos de vapor y productos sólidos, en donde dichos medios de tornillo se extienden sustancialmente a lo largo de dicho reactor lineal, en donde dichos medios de tornillo tienen zonas para hacer avanzar y mezclar el material hidrocarbonáceo en el reactor; medios para separar los productos de vapor de dichos materiales hidrocarbonáceos procesados de dicho reactor; medios para separar los productos sólidos de dicho reactor, en donde dicho reactor tiene zonas que son mantenidas en el aparato dentro de escalas de temperatura definidas; medios con los cuales dicho material hidrocarbonáceo es mantenido dentro de una zona durante un intervalo de tiempo de residencia definido, en donde dichas zonas comprenden colectivamente los medios completos requeridos para la pirólisis; medios para hacer girar dicho tornillo, en donde dichos medios de tornillo tienen una pluralidad de configuraciones de paleta para comprimir los materiales hidrocarbonáceos, para fundir los materiales hidrocarbonáceos para convertir los materiales hidrocarbonáceos de un estado sólido a uno líquido, para mezclar, desestabilizar, desulfurizar y deshalogenar los materiales hidrocarbonáceos, para pirolizar los materiales hidrocarbonáceos, para desvolatilizar los materiales hidrocarbonáceos pirolizados, y para descargar productos sólidos de los materiales hidrocarbonáceos.

2.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque los medios para separar humedad del material hidrocarbonáceo incluyen medios para comprimir y calentar los materiales hidrocarbonáceos para separar el aire y la humedad de los materiales hidrocarbonáceos.

3.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque las configuraciones de paleta de dicho tornillo incorporan una mezcladora de cinta.

4.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho reactor está orientado con respecto a la horizontal a un ángulo entre aproximadamente -20° y aproximadamente +20°, de preferencia a una pendiente ascendente entre aproximadamente +2° y aproximadamente +6°.

5.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho reactor está orientado con respecto a la horizontal a un ángulo entre aproximadamente -20° y aproximadamente +20°, de preferencia a una pendiente descendente entre aproximadamente -2o y aproximadamente -6o.

6.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende una serie de condensadores de reducción para condensar y recuperar productos líquidos de los productos de vapor.

7.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye un orificio de derivación de recolección de cera localizado entre la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo, y la zona de pirólisis subsecuente.

8.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque la secuencia de mezclado, desestabilización, desulfurización y deshalogenación de dichos materiales hidrocarbonáceos tiene una configuración de paleta del tornillo de una mezcladora de cinta.

9.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye medios para separar y recolectar los productos sólidos, en donde dichos productos sólidos son residuos carbonosos.

10.- Un proceso de pirólisis para la conversión de material hidrocarbonáceo para producir productos de vapor y productos sólidos útiles, que comprende: proveer un reactor lineal, generalmente cilindrico, que tiene unos medios de tornillo para transportar dichos materiales hidrocarbonáceos a través del reactor, que tiene medios para calentar dichos materiales hidrocarbonáceos, con los que estos son procesados y pirolizados para producir productos de vapor y productos sólidos, zonas que son mantenidas en el aparato dentro de escalas de temperatura definidas y tiempos de residencia definidos, comprimir dicho material hidrocarbonáceo para separar el aire y humedad atrapados del material hidrocarbonáceo, fundir dicho material hidrocarbonáceo, mezclar dicho material hidrocarbonáceo fundido para formar una mezcla fundida, por medio de lo cual la mezcla fundida es sometida a desestabilización molecular, deshalogenación, desulfurización y barrido de heteroátomo, someter dicho material hidrocarbonáceo fundido a pirólisis para convertir el material hidrocarbonáceo en productos de vapor y productos sólidos, y recuperar dichos productos de vapor y dichos productos sólidos.

11.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo es alimentado a dicho reactor con aditivos basados en mineral finamente divididos, seleccionados de uno o más barredores de heteroátomo de fase fundida seleccionados del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición y metaloides, y mezclas de los mismos.

12.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo es alimentado a dicho reactor con aditivos basados en mineral finamente divididos seleccionados de (i) uno o más barredores de heteroátomo de fase fundida seleccionados del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición y metaloides, y mezclas de los mismos; y (ii) uno o más catalizadores de fase fundida seleccionados del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición, metaloides, no metales y minerales de silicato, y mezclas de los mismos.

13.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de compresión es menor de aproximadamente un minuto.

14.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque la humedad es separada hasta aproximadamente 10% de humedad en peso.

15.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque dichos materiales hidrocarbonáceos se mantienen en una zona de fusión a una temperatura de aproximadamente 104.4°C a 300.0°C (220°F a 572°F) para fundir los materiales hidrocarbonáceos.

16.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de fusión es de aproximadamente 15 minutos a 45 minutos.

17.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque dichos materiales hidrocarbonáceos son mezclados, desestabilizados, desulfurizados y deshalogenados a una temperatura en la escala de aproximadamente 300.0°C a 365.6°C (572°F a 690°F).

18.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo es de aproximadamente 30 minutos a 120 minutos.

19.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de alimentación es menor de aproximadamente un minuto.

20.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque los productos sólidos recuperados incluyen cera microcristalina y cera de parafina, y mezclas de los mismos.

21.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de pirólisis es de aproximadamente 30 minutos a 90 minutos.

22.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque dichos productos sólidos son desvolatilizados a una temperatura en la escala de aproximadamente 454.4°C a 982.2°C (850°F a 1800°F).

23.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de desvolatilización es de aproximadamente 15 minutos a 60 minutos.

24.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de descarga de residuo carbonoso es de aproximadamente 15 minutos a 30 minutos.

25.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque dichos materiales hidrocarbonáceos se seleccionan del grupo que consiste en plástico, polímero termoplástico, polímero termofraguado, hidrocarburos líquidos, petróleo usado, petróleo de desecho, gasóleo, residuos de fondo de refinería, aceite para cilindros, elastómero de desecho, llantas de desecho, residuos de hule, correas de hule, hoja, membrana y extrudato de hule EPDM, y mezclas de los mismos.

26.- El proceso de la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende condensar dichos productos de vapor para recuperar productos líquidos.

27.- Un proceso para la conversión de material hidrocarbonáceo para producir productos de cera útiles, que comprende: proveer un reactor lineal, generalmente cilindrico, que tiene unos medios de tornillo para transportar los materiales hidrocarbonáceos a través del reactor, que tiene medios para calentar los materiales hidrocarbonáceos por medio de los cuales éstos son fundidos y procesados para producir productos de vapor y productos sólidos, en donde los productos sólidos comprenden uno o más productos de cera, zonas que son mantenidas en el aparato dentro de escalas de temperatura definidas y tiempos de residencia definidos; alimentar una mezcla de material hidrocarbonáceo y composición barredora de heteroátomo a dicho reactor; comprimir dicho material hidrocarbonáceo para separar el aire y humedad atrapados del material hidrocarbonáceo; mezclar dicho material hidrocarbonáceo para formar una mezcla fundida, por medio de lo cual la mezcla fundida es sometida a desestabilización molecular, deshalogenación y barrido de heteroátomo; recuperar dichos productos de cera.

28 - El proceso de la reivindicación 27, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo es alimentado a dicho reactor con aditivos basados en mineral finamente divididos seleccionados de (i) uno o más barredores de heteroátomo de fase fundida seleccionados del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición y metaloides, y mezclas de los mismos; y (ii) uno o más catalizadores de fase fundida seleccionados del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición, metaloides, no metales y minerales de silicato, y mezclas de los mismos.