MX2014009849A

MX2014009849A - Aparato de pirolisis delineado por zonas, de doble etapa.

Info

Publication number: MX2014009849A
Application number: MX2014009849A
Authority: MX
Inventors: William Ullom
Original assignee: Vadxx Energy LLC
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2015-08-14
Also published as: CL2014002146A1; CN104185672B; WO2013123377A1; ES2938584T3; FI2814909T3; EP2814909B1; CN105219406B; US10421911B2; JP2015512972A; US20160024390A1; SG11201404791RA; EP2814909A4; CA2864504A1; AU2013221354A1; PL2814909T3; MX371026B; EP2814909A1; AU2013221354B2; RU2014134984A; CN105219406A

Abstract

Un aparato para la conversión continua de materiales hidrocarbonáceos en productos de hidrocarburo condensables, no condensables y sólidos, que comprende por lo menos un extrusor capaz de proveer fuerza de corte y calor, y que tiene tres o más zonas de tratamiento, un reactor de horno térmico de proceso continuo, dicho extrusor y dicho reactor de horno estando en comunicación de fluido, medios para transportar los materiales hidrocarbonáceos a través del aparato, y entre el extrusor y el reactor de horno, medios para alimentar los materiales hidrocarbonáceos al aparato, medios para calentar los materiales hidrocarbonáceos, medios para separar productos de vapor de dicho aparato, medios para separar los productos sólidos de dicho aparato, y medios mediante los cuales los materiales hidrocarbonáceos son mantenidos dentro de las zonas en una escala de temperaturas y tiempos de residencia definidos, en donde dicho extrusor tiene por lo menos tres zonas, y dicho reactor de horno comprende por lo menos dos zonas, con lo cual el material hidrocarbonáceo es sometido a una pluralidad de escalas de temperatura y tiempos de residencia definidos.

Description

APARATO DE PIRÓLISIS DELINEADO POR ZONAS. DE DOBLE ETAPA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato mejorado para la conversión de desecho de polímero en medios de procesamiento sucesivos, 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 parafina, cera microcristalina y condensado dominado por hidrocarburos aromáticos de petróleo. El producto de hidrocarburo no condensable es un gas. Los productos de hidrocarburo sólidos incluyen residuo carbonoso finamente dividido. En particular, la invención es un aparato delineado por zonas mejorado que incorpora una fuerza de corte además de calor en su primera etapa, más un reactor térmico de volumen grande en su segunda etapa. 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 la velocidad del proceso, la oxidación parcial produce un rendimiento de hidrógeno comparativamente inferior. Si acaso, se produce poco de hidrocarburo condensable.

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. 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. 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.

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 heteroátomos del petróleo producto limitando así 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 técnica 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 térmica, 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 geométricos 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 téenica 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 térmico 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 ,400eF) 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 conversión continua de materiales hidrocarbonáceos a productos de hidrocarburo condensables, no condensables y sólidos, que comprenden un aparato de pirólisis delineado por zonas mejorado que incorpora una fuerza de corte además de calor en su primera etapa, más un reactor de horno térmico con deflectores, de volumen grande, y de proceso continuo, en su segunda etapa, medios para transportar los materiales hidrocarbonáceos a través del aparato por medio de un extrusor delineado por zonas mejorado en su primera etapa y haciendo avanzar el material hidrocarbonáceo en un reactor de horno térmico delineado por zonas en su segunda etapa, medios para alimentar y calentar los materiales hidrocarbonáceos por medio de los cuales son procesados y pirolizados los materiales hidrocarbonáceos para producir vapor y productos sólidos, en donde dichos medios de tornillo se extienden sustancialmente a lo largo del extrusor de la primera etapa, y donde dichos medios para hacer avanzar el material hidrocarbonáceo en el reactor de horno térmico se extienden sustancialmente a lo largo del horno térmico de la segunda etapa, medios para separar los productos de vapor de dichos materiales hidrocarbonáceos procesados, medios para separar los productos sólidos de dichos materiales hidrocarbonáceos procesados, medios por medio de los cuales dicho material hidrocarbonáceo es mantenido dentro de las zonas durante un tiempo de residencia definido respectivo, medios para hacer girar dicho tornillo extrusor que tiene una pluralidad de configuraciones de paleta para alimentar, comprimir y deshidratar, fundir dichos materiales hidrocarbonáceos para convertirlos de un sólido a un líquido, para mezclar, desestabilizar y deshalogenar dichos materiales hidrocarbonáceos, medios para hacer girar dicho reactor de horno térmico, que tienen una pluralidad de configuraciones internas de paletas, deflectores, aspas y/o elevadores para desestabilizar adicionalmente los materiales hidrocarbonáceos, para pj rol izar los materiales hidrocarbonáceos, para desvolatílizar los materiales hidrocarbonáceos pirolizados, para descargar los vapores producidos, y también para recuperar productos de hidrocarburo condensables, no condensables y sólidos.

En su primera etapa, la presente invención comprende uno o más extrusores paralelos capaces de aceptar material hidrocarbonáceo. Después de la introducción al extrusor, el desecho de polímero es sometido a compresión, deshidratación, corte, fusión, desestabilización y deshalogenación, antes de inyección directa de mezcla fundida hidrocarbonácea deshalogenada y parcialmente desestabilizada/descompuesta a la segunda etapa. La primera etapa está acoplada directamente con la segunda etapa.

La segunda etapa de la presente invención comprende uno o más reactores térmicos de horno contrarrotatorios, cada uno teniendo por lo menos dos cámaras separadas por una barrera deflectora anular, con cada cámara operada a una temperatura diferente. El material hidrocarbonáceo se acumula y se desestabiliza continuamente durante un tiempo de residencia controlado por diseño en la primera cámara de la segunda etapa, antes de descarga pasiva final a través de una abertura central en la barrera deflectora hacia la segunda cámara de la segunda etapa. Ocurre un craqueo molecular importante en la última zona de la primera cámara y la zona inicial de la segunda cámara. Ocurre pirólisis final en esta segunda cámara de la segunda etapa, y el residuo carbonoso sólido es descargado desde un ensamble de placa de extremo en la terminación de la segunda cámara.

La presente invención provee la conversión eficiente de corrientes de materia prima ampliamente variables, corrientes de materia prima muy contaminada, y corrientes de materia prima que tienen composiciones inconsistentes con el tiempo, a productos de hidrocarburo condensables, no condensables y sólidos que tienen calidad superior sobre los productos producidos por los sistemas de pirólisis descritos en la téenica anterior.

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 aparato de pirólisis de proceso continuo delineado por zonas de dos etapas, de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista esquemática de la primera etapa del aparato de pirólisis de proceso continuo delineado por zonas de acuerdo con la presente invención.

La figura 3 es una vista esquemática de la segunda etapa del aparato de pirólisis de proceso continuo delineado por zonas de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 es una vista lateral esquemática de una serie de condensadores de reducción y su utilización corriente abajo de un aparato de pirólisis delineado por zonas, de doble etapa, de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención es un aparato de pirólisis continua delineado por zonas, de doble etapa, para la conversión continua de material hidrocarbonáceo en medios de procesamiento sucesivos. La presente invención, en una modalidad que se ilustra en la figura 1 , comprende un aparato delineado por zonas mejorado, 10, que incorpora fuerza de corte además de calor, con introducción de aditivo integral y progresiva, separación de vapor y separación de ácido de halógeno en su primera etapa 20, más un reactor de horno térmico de proceso continuo, con deflectores y de volumen grande, en su segunda etapa 30. El aparato de la presente invención y el método de operación para la conversión continua de materiales hidrocarbonáceos a productos de hidrocarburo condensables, no condensables y sólidos, tiene la capacidad de descargar simultáneamente productos finales tanto antes como después de una serie integral de condensadores de reducción. Opera de manera continua. La presente invención es suficientemente robusta para aceptar desecho de polímero desmenuzado que incluye fracciones de plástico termofraguado que generalmente no se descomponen para producir petróleo. Además, es un aparato de pirólisis modular y escalable, capaz de convertir continuamente desecho de polímero y polímeros de bajo valor 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.

La presente invención tiene la flexibilidad para permitir, con capacidad opcional para producir y descargar separadamente, un producto primario de cera microcristalina o parafina, colectivamente, de 30-70 átomos de carbono, mediante descarga directa del aparato, en una modalidad preferida, al final de la cuarta de siete zonas de proceso orientadas en serie, operadas continuamente, en lo sucesivo referidas como las zonas. Estas zonas son la zona de alimentación de materia prima o zona 1 , 401 , la zona de compresión o zona 2, 402, la zona de fusión o zona 3, 403, la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo o Zona 4, 404, la zona de pirólisis o zona 5, 405, la zona de desvolatilización o zona 6, 406, y la zona de descarga de residuo carbonoso o zona 7, 407. Específicamente, esta descarga de producto de cera microcristalina o parafina ocurre después de la zona 4 de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo, 404, dentro de una escala de temperatura de 300°C a 338°C (572°F a 690°F), un umbral de temperatura previamente no identificado del cual se pudiera obtener un rendimiento consistente de producto de cera microcristalina o de parafina. Además, en una modalidad preferida, permite la capacidad adicional y simultánea de producir una o más fracciones más ligeras adicionales, que tienen colectivamente números de carbono de 4-30, recuperadas de orificios de descarga separados localizados en la qumta y sexta zonas de proceso orientadas en serie, operadas continuamente, particularmente la zona de pirólisis 5, 405, y la zona de desvolatilización de residuo carbonoso y sólidos residuales 6, 406, respectivamente, mediante la recuperación subsiguiente de vapor de pirólisis en una serie de condensadores de reducción, con eliminadores de nieblas opcionales en conjunto con condensadores respectivos cuando se requiere una separación altamente 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 de esta invención provee la oportunidad de utilización opcional de tales dispositivos adicionales cuando por ejemplo se desea la producción de únicamente petróleo ligero, aditivo de diesel o aditivo de gasolina.

La materia prima alimentada a la primera etapa 20 del aparato 10 puede ser una combinación de sólidos mezclados y/o variables. Proporciones variables de líquidos basados en petróleo según sea el caso como se pueda requerir, se pueden inyectar en la primera etapa 20 y/o la segunda etapa 30, siempre que la velocidad de inyección del líquido no agote la capacidad de calentamiento de la segunda etapa 30. Como se usa aquí, “líquidos basados en petróleo” y “líquidos de hidrocarburo” se usarán intercambiablemente e incluyen petróleo usado, petróleo de desecho, gasóleo, residuos de fondo de refinería, aceite para cilindros, y similares. El control del proceso provee la conversión eficiente de corrientes de materia prima ampliamente variables, corrientes de materia prima muy contaminada, y corrientes de materia prima que tienen composiciones inconsistentes con el tiempo.

El aparato de la presente invención es modular y escalable en todos los aspectos. Por ejemplo, en una modalidad de la presente invención contemplada en la figura 1 y en la figura 3, el número de extrusores paralelos 201 en la primera etapa 20 de la presente invención es un componente modular y escalable del aparato 10, ofreciendo la oportunidad de introducir y procesar conjuntamente múltiples cargas materia prima hidrocarbonácea en un solo sistema, cada alimentación de materia prima respectiva introducida y mezclada en la segunda etapa 30 a velocidades potencialmente diferentes, tales velocidades pueden ser controladas ¡ntencionalmente y variarse una con respecto a otra en el tiempo según se requiera.

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 provee la conversión delineada por zonas mejorada por medio de la alimentación de materia prima continua a través de un aparato de etapas 10 que tiene medios progresivos con corte y sin corte, y también una serie progresiva de rampas de temperatura y embebido, una modalidad de la cual se ilustra en la figura 1. La primera etapa 20 y la segunda etapa 30 operan de manera continua con lo cual el material hidrocarbonáceo 100 es alimentado a la primera etapa 20, después el material hidrocarbonáceo parcialmente procesado es descargado continuamente de la primera etapa 20 a la segunda etapa 30, de la cual 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, son descargados a los condensadores 80. 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 en la presente como “residuo sólido” o “productos sólidos”.

Muchas de las ceras expuestas en la presente salen del reactor de horno térmico en una fase líquida, pero tienden a enfriarse formando un sólido o un líquido que fluye lentamente una vez recolectado. Por esta razón y para fines de consistencia, y para los fines de esta invención, cera y ceras, sin considerar en dónde fueron recuperadas en el proceso, serán tratadas como sólidos, productos sólidos, y/o residuos sólidos, a menos que se indique específicamente de otra manera.

Una parte o todo el aparato 10 se puede utilizar en una configuración angular, 40. Todo el aparato 10 puede ser angular, pero el reactor de horno térmico 301 es el único componente que requiere esta disposición angular. En otras palabras, en otras modalidades, el extrusor 201 y otros componentes pueden ser horizontales, conectados alternativamente a un reactor de horno térmico 301 inclinado. En la modalidad de la presente invención ilustrada en la figura 1 , la figura 2 y la figura 3, el aparato 10 es angular con una inclinación o pendiente negativa, es decir, inclinación descendente, con respecto a la horizontal 50, de tal manera que el extremo de entrada del reactor de horno térmico 301 está a una elevación más alta que el extremo de salida, permitiendo que la fuerza de gravedad ayude en el transporte del material hidrocarbonáceo parcialmente descompuesto a través del rector térmico de horno 301 con inclinación descendente, cuando los componentes internos del reactor de horno térmico 301 están configurados para promover el transporte en concierto con la fuerza de gravedad. La inclinación negativa 40 puede ser de entre aproximadamente 1 o y aproximadamente 20° fuera de la horizontal 50, siendo la inclinación negativa preferida de aproximadamente 1.5° a aproximadamente 6o fuera de la horizontal 50. Alternativamente, el aparato 10 o el reactor de horno térmico 30 también se pueden orientar o inclinar en la dirección de inclinación opuesta o positiva cuando los componentes internos del reactor de horno térmico 301 están configurados para hacer avanzar físicamente el material hidrocarbonáceo, superando así la fuerza de gravedad, mediante la rotación del reactor de horno térmico 301. La inclinación positiva 40 puede ser de entre aproximadamente 1 o y aproximadamente 20° fuera de la horizontal 50, siendo la inclinación positiva preferida de aproximadamente 1.5° a aproximadamente 6o fuera de la horizontal 50. Esto da una escala posible de entre aproximadamente -20° (pendiente descendente) y aproximadamente +20° (pendiente ascendente) con respecto a la horizontal 50.

El aparato 10 es operado de tal manera que, conforme el material hidrocarbonáceo y los productos de descomposición avanzan a través del mismo, y son descargados subsiguientemente del aparato, el material hidrocarbonáceo pasa a través de una serie de medios de proceso sucesivos, también referidos en adelante como las zonas. Una mezcla de producto óptima se obtiene determinando y estableciendo una variedad de zonas de temperatura progresiva para realizar rampas de temperatura óptimas, y variando el diseño interno del extrusor 201 y el reactor de horno térmico 301 , controlando así el tiempo de residencia dentro de cada zona de temperatura respectiva. Esto crea una pluralidad de rampas de temperatura y tiempos de retención (imbibiciones) que resultan en el aparato de la presente invención, que opera como un proceso continuo que tiene la ventaja de la eficiencia térmica de la conversión delineada por zonas.

El desecho de polímero desmenuzado 100, que puede o no estar contaminado con fracciones no poliméricas, es introducido continuamente en la primera etapa 20 del aparato 10. Para este propósito, además de plásticos termoplásticos y 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. También al comienzo de la secuencia de zonas 401 (zona 1 ) se pueden añadir al extrusor 201 aditivos basados en mineral y/o catalizadores de fase fundida, si así se desea, en las proporciones apropiadas para facilitar las reacciones químicas deseadas. Además, se pueden inyectar proporciones variables de líquidos basados en petróleo, en su caso, conforme se requiera, al orificio 206 en el extrusor 201 y/o al orificio 320 en el reactor de horno térmico 301 , siempre que la velocidad de inyección del liquido no agote la capacidad de calentamiento de la segunda etapa 30.

Conforme la carga de materia prima avanza a través del aparato 10, ocurre cambio de fase conforme es comprimida progresivamente o experimenta de otra manera reducción de volumen en la zona 2, 402, para expulsar el aire atmosférico atrapado y es calentado mediante una rampa o gradiente de temperatura hasta que la humedad atrapada en el desecho de polímero hierva, dando como resultado la formación de vapor y subsiguiente fusión en la Zona 3, 403. La mezcla fundida se calienta entonces en otra rampa térmica y avanza a través de una zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo (Zona 4), 404, de temperatura máxima controlada en el reactor. El mezclado de la mezcla fundida en esta zona (Zona 4), 404, durante un tiempo de residencia y temperatura controlados, resulta en desestabilización molecular, descomposición de celulosa a residuo carbonoso y vapor adicional, descomposición de varios plastificantes y aditivos orgánicos en 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 se puede descargar de la Zona 4, 404, en su terminación y transición a la Zona 5, 405. La mezcla fundida remanente que no ha sido descargada directamente del reactor de horno térmico en la terminación de la Zona 4, 404, para recuperar cera dura, se hace avanzar subsiguientemente a través de otra rampa térmica a una zona (Zona 5), 405, 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, 405, de temperatura máxima controlada y tiempo de residencia adecuado, resulta en productos de pirólisis de rendimiento y composición óptimos. Conforme la masa remanente sale de la zona de pirólisis 405, experimenta otra rampa térmica en la introducción a la Zona 6, 406, 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, 406, a la Zona 7, 407, es descargado continuamente de la Zona 7, 407, como material sólido residual seco y friable, finamente dividido, que no está saturado con hidrocarburos aromáticos y 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.

En una variedad de modalidades, el extrusor 201 y el reactor de horno térmico 301 son diseñados para promover el transporte, mezclado y reacción de una amplia variedad de materias primas hidrocarbonáceas. Opcionalmente, el reactor de horno térmico 301 puede incluir medios para descargar parafina o cera microcristalina del reactor de horno térmico 301 en la terminación de la Zona 4, 404. Los hidrocarburos condensables son descargados del orificio de descarga 323 localizado en la zona 5, 405. El residuo carbonoso sólido es descargado de la salida 319 en la zona 7, 407. Las configuraciones de diseño interno del extrusor 201 y el reactor de horno térmico 301 se acoplan con una pluralidad de zonas de temperatura y tiempos de residencia respectivos. Como son una sola pieza de equipo, operada en un proceso continuo, no necesariamente puede haber delimitaciones claras entre las zonas, de tal manera que incidentalmente una zona podría cambiar o traslaparse con la zona subsiguiente.

Las zonas son definidas y/o delineadas generalmente por la geometría del tornillo del extrusor 201 , y también la geometría y colocación de los componentes internos del reactor de horno térmico 301 para establecer los tiempos de residencia respectivos deseados por zona junto con la temperatura de operación respectiva mantenida en esa zona, para cada tasa de rendimiento de proceso deseada. El diseño de un aparato de conversión delineado por zonas de proceso continuo es realizado para permitir la construcción de ese aparato con longitudes adecuadas pero no innecesarias en sus diámetros respectivos para promover una transferencia de calor adecuada al material hidrocarbonáceo durante el tiempo de residencia apropiado en cada zona, realizando así las reacciones químicas deseadas durante los tiempos de residencia requeridos, a las magnitudes de terminación deseadas para la tasa de rendimiento de proceso deseada. Preferiblemente, los componentes del proceso 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 del extrusor, diseño de los componentes internos del horno, caudal del material hidrocarbonáceo, densidad y conductividad térmica, viscosidad cinética, tiempo de retención por zona, presión de la zona, rampa de temperatura entre zonas, etc. Ese modelo debe tener la capacidad de pronosticar el resultado de operar la presente invención para descomponer cualquier composición de materia prima que se pueda encontrar, con un resultado deseable o tolerable. En ausencia de tal modelo, una geometría óptima puede o no ser derivada por prueba y error que, especialmente en este contexto, puede tener resultados indeseables o incluso catastróficos.

Cualquier modalidad de la presente invención que tiene zonas de proceso que empiezan con la introducción de materia prima al sistema (zona 1 , 401 ), después procediendo con reducción de volumen y/o compresión (zona 2, 402), después procediendo con cambio de fase de materia prima a mezcla fundida (zona 3, 403), 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, 404), después procediendo con descomposición pirolítica (zona 5, 405), después procediendo con desvolatilización de residuo carbonoso y/o coquización (zona 6, 406), y terminando con la descarga de producto sólido (zona 7, 407), puede ser utilizada para realizar la conversión de desecho de polímero en cualquier configuración sobre una amplia variedad de escalabilidad para acomodar todas las soluciones de rendimiento económicamente viables. El sistema incorporado por la presente invención es modular, escaladle y versátil, siendo adaptable a aplicaciones que tienen composiciones variables de materia prima y caudales deseados. 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 las personas expertas en la materia de la revelación hecha en las descripciones detalladas precedentes y subsecuentes. Por consiguiente, las descripciones precedentes y subsecuentes no son limitativas de la presente invención.

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

La presente invención, una modalidad de la cual se ilustra en la figura 1 , comprende un aparato delineado por zonas mejorado, 10, que incorpora fuerza cortante además de calor, con introducción integral y progresiva de aditivo, separación de vapor y separación de ácido de halógeno en su primera etapa 20, más un reactor de horno térmico de proceso continuo, con deflectores, de volumen grande, en su segunda etapa 30.

En la modalidad de pendiente ascendente o pendiente descendente, en su primera etapa 20, la presente invención comprende uno o más extrusores 201 , cada uno comprendido del motor 208 y un ensamble de reducción de engranajes 209, con ensamble de tornillo y barril calentado, 210, sostenido por el armazón 211. Cuando sólo se va a procesar una corriente de material hidrocarbonáceo, o cuando se van a procesar conjuntamente múltiples corrientes de material hidrocarbonáceo que tienen propiedades físicas y químicas suficientemente similares, en la modalidad preferida se puede usar un solo extrusor 201. Sin embargo, cuando se van a procesar conjuntamente dos o más corrientes de materia hidrocarbonácea altamente diferentes en un solo reactor de horno térmico, la modalidad preferida puede utilizar dos o más extrusores 201. En modalidades que incluyen más de un extrusor, los extrusores 201 se conectan en paralelo, a diferencia de secuencialmente o en serie. Esta disposición paralela de dos o más extrusores 201 tiene tres ventajas principales. En primer lugar, aumenta la cantidad de materia prima que puede ser procesada y alimentada al sistema. En segundo lugar, permite redundancia, de tal manera que si un extrusor 201 está inactivo por mantenimiento, el sistema todavía puede operar usando el extrusor restante 201 , aunque a la mitad de la capacidad operacional total deseada del sistema. En tercer lugar, provee flexibilidad permitiendo la introducción simultánea de dos corrientes de materia prima completamente diferentes al reactor.

Los extrusores 201 son capaces de aceptar mezclas comunes o diferentes de materia prima hidrocarboácea. Esta materia prima es dominada por polímeros desmenuzados que incluyen polímeros mezclados y/o contaminados. Cuando se desean en el proceso aditivos o catalizadores de fase fundida, algunos o todos de estos se pueden añadir al material hidrocarbonáceo antes de la introducción del material hidrocarbonáceo al extrusor 201. Subsiguientemente las materias primas se comprimen, se cortan, se funden, se desestabilizan parcialmente, se desulfuran y se deshalogenan antes de la inyección directa de la mezcla fundida hidrocarbonácea deshalogenada, parcialmente desestabilizada y parcialmente descompuesta, a la segunda etapa 30. Los extrusores 201 pueden aceptar y descargar mezclas diversas respectivas de materiales hidrocarbonáceos a diferentes caudales, suministrando así flexibilidad de proceso no experimentada previamente en la teenica anterior. Las dimensiones comunes del extrusor, frecuentemente descritas como la relación L/D o la relación de longitud de barril a diámetro de barril, normalmente utilizadas en la industria para la mayoría de las aplicaciones varían de 15 a 35. La relación L/D para el extrusor 201 es más alta. Dependiendo principalmente de la velocidad de alimentación deseada y la velocidad efectiva de transferencia de calor al material hidrocarbonáceo, la relación L/D para el extrusor 201 es entre 35 y 75.

El material hidrocarbonáceo desmenuzado se introduce en el extrusor 201 en la abertura de alimentación 202. El tornillo y barril del extrusor en la zona de alimentación 1 , 401 , están diseñados con la finalidad de aceptar materiales hidrocarbonáceos desmenuzados y transportar los materiales hidrocarbonáceos a la zona 2 subsiguiente, 402, para su compresión. Para los fines de descripción de la presente invención, la relación de profundidad de las paletas de la zona 1 a las paletas de la zona 4 se denomina la relación de compresión de tornillo. El extrusor 201 tiene una relación de compresión que varía de aproximadamente 1.5:1 a 2.0:1 en el extremo de alimentación, a aproximadamente 4: 1 a 5: 1 en el extremo de descarga. Por consiguiente, el diseño del ensamble de tornillo y barril en la zona 1 , 401 , del extrusor 201 incorpora una relación de compresión entre 1.5 y 2.2.

Opcionalmente, cuando se desea la adición escalonada de aditivos y/o catalizadores de fase fundida, estos aditivos y/o catalizadores de fase fundida finamente divididos pueden ser introducidos en la abertura de aditivo 203. Estos aditivos basados en mineral se seleccionan de uno o más barredores de heteroátomo de fase fundida identificados como el grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición y/o metaloides, en una variedad de formas. Los catalizadores de fase fundida incluyen, sin limitación, óxidos, hidróxidos y/o carburos del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición, metaloides, no metales y/o minerales de silicato naturales y sintéticos.

El tornillo y barril del extrusor en la zona 2, 402, están diseñados con la finalidad de comprimir los materiales hidrocarbonáceos desmenuzados, calentar los materiales hidrocarbonáceos a una temperatura suficiente para deshidratar el contenido de la zona 2, 402, evacuar el vapor en el orificio de vapor 204, y transportar los materiales hidrocarbonáceos a la zona 3 subsiguiente, 403, para fusión. Por consiguiente, el diseño del ensamble de tornillo y barril en la zona 2, 402, del extrusor 201 , incorpora una relación de compresión entre 2.0 y 3.8. Conforme se calienta el material hidrocarbonáceo y se comprime en un primer gradiente de temperatura o rampa térmica, el vapor que se desprende de la deshidratación del material hidrocarbonáceo es descargado en la terminación de la zona 2, 402, desde el orificio de vapor 204. En la terminación de la zona 2, 402, dentro del extrusor 201 , la compresión es liberada para disminuir materialmente la presión mediante un aumento de la distancia entre la pared interna del barril y la raíz (flecha) del tornillo, de tal manera que el vapor volátil puede escapar del extrusor 201 desde el orificio de vapor 204, pero el material hidrocarbonáceo permanecerá en el extrusor 201. Dependiendo de la naturaleza del material hidrocarbonáceo por procesar, la relación de compresión debajo del orificio de vapor 204 se puede reducir de 1.0:1 a 2.0: 1 , o más baja.

Corriente abajo del orificio de vapor 204, el material hidrocarbonáceo se comprime y se calienta adicionalmente en otra rampa térmica, bajo un esfuerzo cortante, promoviendo la fusión. El tornillo y barril del extrusor en la zona 3, 403, están diseñados con la finalidad de fundir los materiales hidrocarbonáceos bajo esfuerzo cortante y calentamiento directo, y para hacer avanzar los materiales hidrocarbonáceos a la zona 4 subsiguiente, 404. Por consiguiente, el diseño del ensamble de tornillo y barril en la zona 3, 403, del extrusor 201 , incorpora una relación de compresión entre 3.5 y 5.0. Este esfuerzo cortante es creado por la interacción de las paletas del tornillo en los extrusores 201 , las paredes del extrusor 201 y la viscosidad del material hidrocarbonáceo fundido, dando como resultado remoldeo y mezclado del material hidrocarbonáceo. Corriente abajo de la zona 3, 403, el material hidrocarbonáceo es calentado adicionalmente en otra rampa térmica bajo esfuerzo cortante, promoviendo muy eficientemente la deshalogenación del material hidrocarbonáceo. Esta deshalogenación resulta en la formación in situ de ácidos y sales de halógeno. Estas sales permanecen como un componente del material hidrocarbonáceo y son identificadas como catalizadores de craqueo de fase fundida, como son los ácidos de halógeno, que son creados por la operación del extrusor 201. El tornillo y barril del extrusor en la zona 4, 404, están diseñados con la finalidad de mezclar, desestabilizar y deshalogenar los materiales hidrocarbonáceos, evacuar los ácidos de halógeno en el orificio de salida de halógeno 205, y transportar los materiales hidrocarbonáceos a la continuación de la zona 4, 404, en el reactor de horno térmico para desestabilización molecular adicional. Por consiguiente, el diseño del ensamble de tornillo y barril en la zona 4, 404, del extrusor 201 incorpora una relación de compresión entre 4.0 y 5.0.

Los ácidos de halógeno son separados en sus fases de vapor respectivas del orificio de salida de halógeno 205, ya que son los primeros vapores de hidrocarburo de petróleo comercialmente importantes que son producidos por el aparato de la descomposición de ciertos plastificantes y aditivos. Al final de esa porción de la zona 4, 404, en el extrusor 201 , la compresión es liberada para reducir materialmente la presión mediante el aumento de la distancia entre la pared interna del barril y la raíz del tornillo, de tal manera que los ácidos de halógeno y vapores de hidrocarburo pueden escapar del extrusor 201 desde el orificio de salida de halógeno 205, pero el material hidrocarbonáceo fundido permanecerá en el extrusor 201. Dependiendo de la naturaleza del material hidrocarbonáceo por procesar, la relación de compresión debajo del orificio de salida de halógeno 205 se puede reducir de 1.0: 1 a 2.0: 1 , o más baja.

Subsiguientemente, el material hidrocarbonáceo parcialmente desestabilizado/descompuesto y deshalogenado se hace avanzar en otra rampa termica bajo esfuerzo cortante secundario, después de lo cual aditivos adicionales que incluyen, sin limitación, sólidos adicionales finamente divididos y/o líquidos basados en hidrocarburo, se pueden agregar opcionalmente a través del orificio de inyección 206. En la modalidad preferida, cualquier sólido adicional finamente dividido se introduce al extrusor 201 en forma de una suspensión calentada comprendida de los sólidos finamente divididos suspendidos en líquidos basados en petróleo, que tienen un punto de ebullición mayor que 365.6°C (690°F), más o menos, tales como asfalto y similares.

La primera etapa 20 se acopla directamente con la segunda etapa 30, de tal manera que el material hidrocarbonáceo deshalogenado y parcialmente desestabilizado/descompuesto es descargado directamente desde uno o más orificios de conexión 207 a la segunda etapa 30. Los orificios de conexión 207 son calentados por calentadores eléctricos o cualquier otro medio estándar en la industria, a una temperatura que iguala la temperatura de operación de la zona 4 mantenida en las porciones respectivas del extrusor 201 y el reactor de horno térmico 301 operado dentro de la zona 4.

En la modalidad de pendiente ascendente o pendiente descendente, en su segunda etapa 30, la presente invención comprende uno o más reactores de horno térmico rotativo 301 , cada uno teniendo por lo menos dos cámaras adyacentes, 302, 303, operadas a temperaturas diferentes, separadas por una barrera deflectora anular 304. El reactor de horno térmico 301 gira por medio de un engranaje robusto energizado por motor y engranaje 314. El mezclado y avance de material se puede realizar por medio de paletas y/o deflectores internos de hélice y/o aspas de mezclado y/o elevadores, o cualquier combinación de estos dispositivos, colectivamente los medios de mezclado 309, que están unidos a la superficie interna del reactor de horno térmico 301. En aplicaciones que requieren una cantidad de mezclado que no puede ser realizada desde un reactor de horno térmico 301 que no tiene una flecha de contrarrotatoria con medios mezcladores integrales, el reactor de horno térmico 301 puede incluir una flecha contrarrotatoria opcional 310 impulsada por el motor 324 que corre a lo largo del reactor de horno térmico 301 a lo largo de su eje. La flecha 310 hace girar aspas internas de mezclado opcionales 31 1 que están unidas a la flecha 310. El ensamble de placa de apoyo/extremo 315 es estacionario y sostiene en posición al reactor de horno térmico 301 , permitiendo que el reactor de horno térmico 301 gire, y también permitiendo la introducción de líquido al reactor de horno térmico 301 en el orificio de inyección auxiliar 320 integral a la placa de extremo 315. El ensamble de placa de apoyo/extremo 316 es estacionario y sostiene en posición al reactor de horno térmico 301 , permitiendo que el reactor de horno térmico 301 gire, y también permitiendo la separación continua de vapor y residuo carbonoso resultantes de la pirólisis.

La barrera deflectora 304 es un disco o placa cilindrica con una abertura central 305. La barrera deflectora 304 separa la primera cámara 302 de la segunda cámara 303 del reactor de horno térmico 301 , y permite el paso de la flecha opcional 310, cuando se utiliza, a través de la abertura 305 de la barrera deflectora. La abertura 305 permite que el material hidrocarbonáceo de la primera cámara 302 pase a la segunda cámara 303. El tamaño de la abertura 305 en la barrera deflectora 304 con respecto a la velocidad de alimentación de operación a través del orificio de conexión 207, dicta el nivel máximo de la mezcla fundida que puede obtenerse en la primera cámara 302 sin crear una condición de presión rápidamente creciente. El diseño del aparato 10 para permitir caudales de materia prima más altos minimizando el potencial de acumulación de presión en la primera cámara 302, incorporará una abertura más grande 305 en la barrera deflectora 304, de tal manera que la abertura 305 en la barrera deflectora 304 no provee restricción de flujo. El diseño del aparato 10 para permitir caudales de materia prima más bajos minimizando todavía el potencial de acumulación de presión en la primera cámara 302, puede incorporar opcionalmente una abertura más pequeña 305 en la barrera deflectora 304, pero la característica de diseño opcional de una abertura más pequeña 305 no necesariamente se requiere para velocidades de flujo de materia prima menores que la capacidad de diseño de la abertura 305 en la barrera deflectora 304 para permitir el flujo sin restricción. Por consiguiente, si la opción de una abertura más pequeña 305 no es elegida en el diseño del equipo, el nivel de la mezcla fundida en la primera cámara 302 no puede ser mantenido al nivel correspondientemente alto que sería experimentado si fuera elegida la opción de abertura más pequeña 305. Para aplicaciones en donde se desea el aumento de presión en la primera cámara 302, y el reactor de horno térmico 301 es construido de tal manera de tolerar un aumento de presión en su interior, la abertura 305 sería dimensionada para crear la magnitud deseada de restricción para el flujo de la mezcla fundida que pasa a través de la abertura 305.

El manejo del nivel de la mezcla fundida en la primera cámara 302 requiere el equilibrio entre (i) el mantenimiento de la presión en la primera cámara 302, y (ii) velocidad de alimentación del material hidrocarbonáceo a través del orificio de conexión 207 hacia la primera cámara 302, y (iii) la viscosidad de la mezcla fundida en la primera cámara 302, todos los cuales se han de considerar al diseñar el tamaño de la abertura 305 en la barrera deflectora 304. El control de presión deseado se puede lograr usando dispositivos de control de presión comunes en la industria. En la modalidad preferida, la colocación del dispositivo de control de presión (no mostrado) está cerca del orificio de inyección auxiliar 320 en la parte superior de la placa de extremo 315, integral con el orificio de conexión 207. El control de la velocidad de alimentación del material hidrocarbonáceo a través del orificio de conexión 207 a la primera cámara 302 se logra manejando la velocidad de alimentación a los extrusores 201. La viscosidad de la mezcla fundida se puede mitigar por inyección de líquido basado en petróleo en el orificio de inyección 206 y/o el orificio de inyección auxiliar 320. Se obtiene mayor reducción de viscosidad de la mezcla fundida agregando cantidades correspondientemente más grandes de líquido basado en petróleo, aunque la adición de cantidades modestas de aceite basado en petróleo frecuentemente resulta en disminución material de la viscosidad de la mezcla fundida, especialmente si se inyecta en el orificio de inyección 206. La inyección de petróleo en el orificio de inyección 206 resultará principalmente en reducción de la viscosidad de la mezcla fundida, y secundariamente resultará en la expansión de mezcla fundida que pasa a través del orificio de conexión 207, con un aumento de presión correspondiente en el orificio de conexión 207. Si el nivel de la mezcla fundida es más alto que la parte superior de la abertura 305 en la barrera deflectora 304, la inyección de petróleo en el orificio de inyección auxiliar 320 puede ser anticipada para resultar principalmente en un aumento agudo y rápido de presión en la primera cámara 302, y resultar secundariamente en una disminución modesta de la viscosidad de la mezcla fundida en la primera cámara 302. Tal resultado es exacerbado si son inyectados productos de cabeza de refinería o fracciones de petróleo similarmente ligeras, y mitigado si se inyectan líquidos basados en petróleo que tienen un punto de ebullición mayor de 365.6°C (690°F), más o menos. Si el nivel de la mezcla fundida es menor que la parte superior de la abertura 305 en la barrera deflectora 304, la Inyección de petróleo en el orificio auxiliar 320, dependiendo del punto de ebullición del líquido inyectado, puede resultar principalmente en un aumento de presión mitigado pero agudo y rápido en el reactor de horno térmico 301 , con un aumento correspondiente en la velocidad de producción de vapor en reactores de catalizador y/o reactores de reflujo y/o columnas de fraccionamiento corriente abajo (colectivamente no mostrados), y también los condensadores 80. Un resultado secundario de esta inyección de líquido puede ser una disminución modesta de la viscosidad de la mezcla fundida en la primera cámara 302. El diseño de tamaño de la abertura 305 en la barrera deflectora 304 debe permitir la reducción del área transversal de la abertura 305 debido al paso de la flecha opcional 310, cuando se utiliza, a través de la abertura 305 en la barrera deflectora 304.

El reactor de horno térmico rotativo 301 es alimentado continuamente con mezcla fundida hidrocarbonácea a través del orificio de conexión 207. El reactor de horno térmico 301 es calentado eléctricamente o mediante combustión directa de gas de proceso no condensable y/o gas natural en dos zonas, o una combinación de las mismas. Los medios de calentamiento no son críticos y pueden incluir calentamiento de gas de inyección directa, elementos de calentamiento eléctrico, calentamiento radiante, y encamisado térmico usando los medios de transferencia de calor conocidos en la industria, que incluyen sin limitación Dowtherm®, plomo fundido, sal fundida, sodio fundido y similares, según sea apropiado para la temperatura de zona respectiva. La figura 3 representa una modalidad de la presente invención que incorpora la opción de calentamiento de inyección directa de gas de una primera zona de calentamiento 312 que corresponde a la primera cámara 302, y una segunda zona de calentamiento 312 que corresponde a la segunda cámara 303. Cada una de estas zonas de calentamiento es una camisa que rodea el reactor de horno térmico 301 y calienta su sección respectivamente, mediante la operación de una serie de quemadores de gas 306. La serie de quemadores de gas 306 se pueden encender por medio de gas de producto no condensable recuperado del orificio de descarga de gas 830 (figura 4), gas natural, o una mezcla de gas producto no condensable y gas natural introducido a uno o más orificios de quemador 307 y/o 308, como se muestra en la modalidad ilustrada en la figura 3. Dos orificios de quemador separados no son críticos, ya que se podría usar un solo orificio de quemador para introducir ambas corrientes de gas.

El contenido del reactor de horno térmico se puede mezclar usando uno o más medios mezcladores. Uno de estos medios mezcladores, comprendidos de paletas de tornillo y/o deflectores y/u aspas de mezclado y/o elevadores, o cualquier combinación de estos dispositivos, colectivamente 309, se conecta con la superficie interna del reactor de horno térmico 301. Estos primeros medios se pueden aumentar por medio de un mezclador contrarrotatorio opcional dentro del reactor de horno térmico 301. El mezclador contrarrotatorio opera en dirección opuesta para obtener el contramezclado. En una modalidad preferida para aplicaciones que requieren una cantidad de mezclado que no puede ser realizada en un reactor de horno térmico 301 que no tiene una flecha contrarotatoria con medios mezcladores integrales 309, paletas de tornillo, deflectores, aspas y/o elevadores que comprenden medios mezcladores 309, deben ser ranurados para permitir el pasaje de las aspas 311 que giran en la dirección opuesta. Cuando se utilizan la flecha contrarrotatoria 310 y las aspas 311 , los medios de mezclado 309 deben tener ranuras espaciadas apropiadamente para evitar el contacto entre los medios mezcladores 309 y 311.

El mezclado del material hidrocarbonáceo fundido en la primera cámara 302 durante un tiempo de residencia y temperatura controlados resulta en desestabilización molecular adicional, reducción casi completa de halógenos orgánicos, y reducción casi completa de ácido tereftálico a ácido benzoico y de ácido benzoico a benceno. La introducción continua de material hidrocarbonáceo deshalogenado y parcialmente desestabilizado/descompuesto a través del orificio de conexión 207 hacia la primera cámara 302, resulta en un equilibrio dinámico de acumulación y mezclado de material hidrocarbonáceo durante un tiempo de residencia especificado y controlado por diseño en la primera cámara 302, con descarga pasiva continua de material hidrocarbonáceo a través de la abertura central 305 en la barrera deflectora 304 hacia la segunda cámara 303 de la segunda etapa 30. El diámetro de la abertura 305 en la barrera deflectora 304 dicta la altura del punto de derrame a través del cual el material hidrocarbonáceo avanza a la segunda cámara 303 de la segunda etapa 30. El contramezclado del contenido del reactor de horno térmico, aunque es una modalidad compleja y costosa, provee área superficial adicional dentro del reactor de horno térmico para promover la transferencia de calor y también el mezclado más completo. Puede ser operado un mezclado contrarrotatorio opcional a través de 309 y 31 1 a velocidades relativas iguales o diferentes.

La transición de la fase fundida de residencia en la primera cámara 302 a la segunda cámara 303 comcide con el punto de una rampa térmica, ya que ocurre pirólisis final en la segunda cámara 303 de la segunda etapa 30. Esta pirólisis ocurre durante un tiempo de residencia optimizado por categoría de materia prima por descomponer. El residuo carbonoso sólido se acumula en el fondo del ensamble de placa de apoyo/extremo 316 y es descargado de la segunda cámara 303 a través del orificio 317 del reactor de horno térmico hacia una cámara de desvolatilización calentada 318. La cámara de desvolatilización 318 subsiguientemente descarga el residuo carbonoso desvolatilizado a través del orificio de residuo carbonoso 319 a un sistema de enfriamiento de residuo carbonoso corriente abajo (no mostrado). Otras modalidades (no mostradas) incluyen la separación del residuo carbonoso del reactor de horno térmico 301 usando tornillos para mover el residuo a una salida en el eje central. Otras modalidades (no mostradas) incluyen un canal en el extremo terminal más inferior, alrededor de la circunferencia del reactor de horno térmico 301 , que dirige el residuo carbonoso a orificios de salida.

La adición opcional de líquidos basados en hidrocarburo se puede realizar con la finalidad de incluir, sin limitación, el deseo de consumir material hidrocarbonáceo líquido, el deseo de reducir la viscosidad de la mezcla fundida y similares. El líquido puede ser introducido a través del orificio de inyección 206 y/o a través de uno o más orificios de inyección auxiliares 320. Similarmente, agua y/o vapor provenientes del orificio de separación de vapor 204 y/o cualquier parte, opcionalmente pueden ser inyectados a través de uno o más orificios de inyección 206 y/o 320, con la finalidad de promover la reacción de desplazamiento agua-gas. La adición opcional de metano y/o hidrocarburos no condensables tomados como una fracción de los gases no condensables que salen de un tren de condensación corriente abajo, también puede ser introducida a través de uno o más orificios de inyección auxiliares adicionales, 320, para servir como gas portador para transportar los vapores de hidrocarburo del reactor de horno térmico 301 a la salida de vapor 323 y/o proveer presurización opcional del interior del reactor de horno térmico 301.

El presente aparato delineado por zonas mejorado tiene la capacidad de producir simultáneamente múltiples productos, uno de los cuales, una cera dura, es producida del aparato a temperaturas menores que las temperaturas de conversión de pirólisis típicas. Este producto de cera microcristalina o parafina que tiene, colectivamente 30-70 átomos de carbono, puede ser recuperado mediante descarga directa de la cera fundida del reactor de horno térmico 301 , en una modalidad preferida, en la terminación de la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo, 404, dentro de una escala de temperatura de 300°C a 338eC (572°F a 690°F), un umbral de temperatura no identificado previamente del que se pudiera lograr un rendimiento consistente de producto de cera microcristalina o parafina. La modalidad preferida para recuperar directamente cera del reactor de horno térmico 301 es opcional y no es necesaria para la operación del reactor de horno térmico 301. Esta modalidad preferida es utilizada cuando se desea la descarga directa de cera del reactor de horno térmico 301 a expensas de la recuperación de producto líquido de los condensadores 80, recuperación de gas producto del orificio de descarga de gas producto 830 y recuperación de residuo carbonoso de la descarga de residuo carbonoso 319. Por consiguiente, el rendimiento total de producto condensable es más alto cuando la cera dura se recupera de la terminación de la zona de mezclado, desestabilizacion molecular y barrido de heteroátomo, 404, porque la pirólisis de todo el material hidrocarbonáceo no llega hasta su terminación, reduciendo así la formación de gas no condensable y residuo carbonoso, y aumentando el rendimiento de producto condensable ya que se conserva el equilibrio de material.

En un medio de utilización de esta modalidad preferida representada en la figura 3, el reactor de horno térmico 301 es angular, con una inclinación o pendiente negativa, es decir, en pendiente descendente, con respecto a la horizontal 50, de tal manera que el extremo de entrada del reactor de horno térmico 301 está a una elevación más alta que el extremo de salida, permitiendo que la fuerza de gravedad ayude en el transporte del producto de cera fundida recuperada en el depósito colector 330 a la salida, a través del tubo de salida de cera 331 en el orificio de descarga de cera 332 que sale del ensamble de placa de extremo 316. El depósito colector 330 está localizado inmediatamente de debajo de una abertura cortada en la parte superior del conducto de salida de cera 331 situado en el centro longitudinal del reactor de horno térmico 301. El conducto de salida de cera 331 no está presente a lo largo de toda la longitud del reactor de horno térmico 301 , sino únicamente a lo largo de la longitud de la segunda cámara, comcidentemente con la zona 5, 405. Conforme el reactor de horno térmico 301 gira y el contenido del reactor hierve, se revuelve, fluye y cae verticalmente hacia abajo a través del espacio superior abierto del reactor de horno térmico rotativo 301 , la cera fundida se derrama al depósito colector 330, es decir, aquella porción del conducto de salida 331 no recortada para hacer la abertura. El depósito colector 330 está localizado en el extremo del conducto de salida de cera 31 que está colocado de tal manera que el depósito colector 330 se localiza dentro de la abertura central 305 hacia la barrera deflectora 304, capturando así la mezcla fundida, que constituye cera microcristalina o parafina, en la transición de la zona 4, 404, a la zona 5, 405. El depósito colector 330 es integral con el conducto de salida de cera 331 que, en el caso de utilización opcional de la flecha contrarrotatoria 310, encierra la flecha contrarrotatoria 310, incorporando el apoyo de extremo de la flecha contrarrotatoria 310 en el extremo inferior del reactor de horno térmico, tal apoyo de extremo encerrado en una caja o dispositivo similar que permite el paso de la cera más allá del apoyo de extremo, y las aspas 311 son eliminadas de la segunda cámara 303 del horno térmico 301 debido a la presencia del conducto de salida de cera 331. La cera capturada en el depósito colector 330 fluye con la fuerza de la gravedad pendiente abajo dentro del conducto de salida de cera 331 en el anillo entre la flecha 310 y la pared interna del conducto de salida de cera 331 , pasando el apoyo de extremo suspendido y subsiguientemente saliendo por el conducto de salida de cera 331 en el orificio de descarga de cera 332. Dado que el conducto de salida de cera 331 pasa a través de la zona 5, 405, en donde las temperaturas rebasan las temperaturas de la zona 4, 404, que varían de 300°C a 338°C (572°F a 690°F), ocurre pirólisis limitada e la cera dentro del conducto de salida de cera 331. La magnitud de esta pirólisis y pérdida resultante de cera es mitigada por el tiempo de residencia corto de la cera en esa porción de conducto de salida de cera 331 dentro de la zona 5, 405. Cuando no se utiliza la flecha contrarrotatoria 310, el conducto de salida de cera 331 está completamente abierto, de tal manera que la cera capturada en el depósito colector 330 fluye con la fuerza de la gravedad pendiente abajo dentro del conducto de salida de cera 331 , no impedido por la presencia de la flecha contrarrotatoria 310, saliendo subsiguientemente del conducto de salida de cera 331 en el orificio de descarga de cera 332. Dependiendo de la presencia o ausencia de aditivos basados en mineral, contaminantes no poliméricos y similares, la cera descargada del orificio de descarga de cera 332 puede requerir la filtración y/u otro tratamiento si lo requieren las especificaciones comerciales.

En un despliegue alternativo de esta modalidad preferida (no mostrada), el reactor de horno térmico 301 es angular, con una pendiente positiva, es decir, está inclinado con respecto a la horizontal 50, de tal manera que el extremo de entrada del reactor de horno térmico 301 está a una elevación más baja que el extremo de salida, permitiendo que el contenido de la primera cámara del reactor de horno térmico 301 forme un reservorio de mezcla fundida en desestabilización en el extremo inferior del reactor de horno térmico 301. En este despliegue alternativo, el depósito colector 330 también está localizado inmediatamente debajo de una abertura cortada en la parte superior del conducto de salida de cera 331 situado en el centro longitudinal del reactor de horno térmico 301. El conducto de salida de cera 331 no está presente a lo largo de todo el reactor de horno térmico 301 , sino únicamente a lo largo de la primera cámara, comcidentemente con la zona 4, 404. En este medio de despliegue alternativo, el nivel operacional del reservorio de mezcla fundida en desestabilización coincide con la horizontal 50, el nivel del depósito colector 330 y el nivel de la abertura central 305 hacia la barrera deflectora 304, de tal manera que los tres niveles son iguales. Por consiguiente, la cera saldrá del reservorio de la mezcla fundida a través del depósito colector 330 y el conducto de salida de cera 331 en el extremo inferior del reactor de horno térmico 301 , y también a través de la abertura central 305 de la barrera deflectora 304, entrando así a la zona 5, 405. En este despliegue, el conducto de salida de cera 331 no pasa a través de la zona 5, 405, en donde las temperaturas rebasan las temperaturas de la zona 4, 404, que varían de 300°C a 338°C (572°F a 690°F), y no ocurre pirólisis de la cera en la zona 5, 405 dentro del conducto de salida de cera 331. Aunque la pirólisis de cera dentro del conducto de salida 331 es evitado en la modalidad inclinada ascendentemente, ocurre perdida de cera en una cantidad aproximadamente igual que con la modalidad inclinada descendentemente, porque parte de la cera avanza hacia la segunda cámara del reactor de horno térmico comcidentemente con la zona 5, 405, es pirolizada y convertida en producto condensable y no condensable recuperado de la serie de condensadores 80. Dependiendo de la presencia o ausencia de aditivos basados en mineral, contaminantes no poliméricos y similares, la cera descargada del orificio de descarga de cera 332 puede requerir de filtración y/u otro tratamiento si lo requieren las especificaciones comerciales.

En otro medio de despliegue y operación, el reactor de horno térmico 301 se puede operar a una temperatura mínima de aproximadamente 349°C a 338°C (660°F a 690°F), más o menos, y a una temperatura máxima de aproximadamente 360°C a 382°C (680°F a 720°F), más o menos, ya sea en la orientación de pendiente ascendente o de pendiente descendente. En este ejemplo, las dos cámaras del reactor de horno térmico operan dentro de la misma escala de temperatura, aproximadamente equivalente a la zona 4, 404. Por consiguiente, en ausencia de la temperatura de las zonas 5, 6 y 7 ocurrirá si acaso, poca pirólisis de cera que se forma en la terminación de la zona 4, 404, y la gran mayoría del material hidrocarbonáceo, con excepción de las impurezas minerales y similares, será recuperado como cera microcristalina o parafina. Dependiendo de la presencia o ausencia de aditivos basados en mineral, contaminantes no polimericos y similares, la cera descargada del orificio de descarga de cera 332 puede requerir de filtración y/u otro tratamiento si así lo requieren las especificaciones comerciales.

El escape de la serie de quemadores de gas, 306, y/o la primera zona de calentamiento 312 y la segunda zona de calentamiento 313, es descargado del primer orificio de escape 321 que sale de la zona de calentamiento 312 y el segundo orificio de escape 322 que sale de la zona de calentamiento 313. La descarga principal del reactor de horno térmico 301 , particularmente vapor de hidrocarburo que resulta de la pirólisis del material hidrocarbonáceo en el reactor de horno térmico 301 , es descargado a través del orificio de escape 323 del reactor de horno térmico, a unos reactores de catalizador y/o reactores de reflujo y/o columnas de fraccionamiento corriente abajo (no mostrados), que pueden o no ser utilizados, y finalmente al sistema de condensación 80.

El aparato 10 se describe con respecto a las zonas de proceso usadas en todo el documento, cada una teniendo una pluralidad de temperaturas y tiempos de residencia. El aparato 10 está comprendido de una serie de distintas zonas de proceso a través de las cuales la mezcla de materia prima es calentada continuamente y hecha avanzar. Aunque una variación modesta de temperatura durante los periodos de operación es bien tolerada por el aparato 10, para propósitos de eficiencia y para mantener la pluralidad entre la temperatura y el tiempo de residencia de la zona, es deseable mantener un equilibrio dinámico en el reactor 10. El equilibrio dinámico se logra manteniendo un caudal de materia prima constante y temperaturas de reactor constantes en cada zona una vez que estas temperaturas han sido alcanzadas cuando continúan las operaciones. A menor caudal de materia prima será mayor el tiempo de residencia. Aunque el equilibrio dinámico ha sido interrumpido, se requiere 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 caudal de materia prima más rápido, será más corto el tiempo de residencia. Aunque el equilibrio dinámico ha sido interrumpido, se puede requerir 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 determinantes de 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 el equilibrio dinámico no se mantiene, las operaciones en desequilibrio ponen en riesgo 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 cuanto 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 caudal 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 aparato 10. Los riesgos creados por sobrecalentamiento para compensar el caudal 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 aparato 10, o interrupciones crónicas a la alimentación, pueden dar como resultado tiempos de residencia excesivos.

El aparato 10 está comprendido de una serie de distintas 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 401 , la zona de compresión 402, la zona de fusión 403, la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo 404, la zona de pirólisis 405, la zona de desvolatilización 406, y la zona de descarga de residuo carbonoso 407.

Zona 1 : Zona efe alimentación de materia prima. La zona 1 , 401 , 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 metodo 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 desmenuzadas y frecuentemente muy comprimibles, y aislar contaminantes no poliméricos sólidos indeseablemente grandes y voluminosos que ensuciarán la entrada de alimentación del reactor, 100, o el reactor 10 mismo. 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 alcalinotérreos, metales de transición, metales de postransición 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 alcalinotérreos, 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 cinética 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, son funciones de la composición del material hldrocarbonáceo.

Zona 2: Zona de Reducción de Volumen/Compresión de Materia Prima. La zona 2, 402, es operada para reducir el volumen del material hidrocarbonáceo, expulsar aire atmosférico del material hldrocarbonáceo a una temperatura por abajo del punto de inflamación del material hldrocarbonáceo, y para generar y expulsar vapor como humedad en las fracciones de ebullición del material hidrocarbonáceo. La zona 2, 402 es operada con una temperatura interna, a diferencia de la temperatura superficial, no mayor que la temperatura ambiente y no mayor de 104.4°C (220°F), más o menos. En la zona 2, el material hidrocarbonáceo experimenta un aumento de presión resultante del aumento de temperatura, la fuerza de corte y el desprendimiento de vapor. Al comienzo de la zona 2, la presión es la presión ambiental o cercana a la misma. Conforme se acumula calor el material hidrocarbonáceo experimenta corte. Conforme se desprende vapor, la presión de la zona 2 aumenta hasta un máximo de apenas 344.74 kPa (50 libras por pulgada cuadrada), más o menos, o hasta 3,447.4 kPa (500 libras por pulgada cuadrada), más o menos, dependiendo de la cantidad de humedad en el material hldrocarbonáceo introducida en la zona 2, y también el espacio libre entre el tornillo y barril del extrusor, un control sobre el grado de corte. En el extremo de la zona 2, si se descarga vapor del orificio de vapor 204, la presión en la zona 2 descenderá hasta un mínimo no menor de 13.79 kPa (2 libras por pulgada cuadrada) en el orificio de vapor 204. El tiempo de residencia en la zona 2 no es menor de 15 segundos, más o menos, y no mayor de 5 minutos, más o menos, dependiendo del diseño del tornillo y barril del extrusor. El volumen del material hidrocarbonáceo se reduce, y los materiales alimentados son comprimidos por el tornillo rotativo dentro del ensamble de tornillo y barril 210, forzando aire y humedad como vapor fuera del sistema, bajo vacío opcional. La reducción de humedad de la materia prima es realizada 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 activado. El agua condensada puede ser desechada como agua de desecho. La operación del lecho de carbón activado, dependiendo de la jurisdicción de la agencia gubernamental, puede requerir la autorización ambiental de un sistema de pretratamiento de agua de desecho. El aire remanente, por ejemplo para 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 alimentado de combustible por el producto de gas no condensable descargado del orificio de descarga de gas 830 (mostrado en la figura 4) más un dínamo. Una serie de generadores se puede usar para generar electricidad, que puede ser utilizada por el aparato y/o distribuida a otras partes de la instalación.

Zona 3: Zona de Fusión de Materia Prima. La zona 3, 403, es operada con una escala de temperatura interna del reactor entre 104.4°C y 300.0°C (220°F y 572°F), más o menos, durante un tiempo de residencia no menor de 10 minutos y no mayor de 45 minutos, más o menos. En la zona 3, el material hidrocarbonáceo experimenta un aumento de presión que resulta del aumento de temperatura, fuerza de corte y expansión del material hidrocarbonáceo después de la fusión. Al comienzo de la zona 3, la presión no es mayor de 13.79 kPa (2 libras por pulgada cuadrada) en un punto comcidente con el orificio de vapor 204. Conforme se acumula el calor, el material hidrocarbonáceo experimenta corte. Conforme ocurre la fusión y se expande el material hidrocarbonáceo, la presión de la zona 3 aumenta hasta un máximo de apenas 344.74 kPa (50 libras por pulgada cuadrada), más o menos, o hasta 5,515.81 kPa (800 libras por pulgada cuadrada), más o menos, dependiendo de la composición del material hidrocarbonáceo y también el espacio libre entre el tornillo y barril del extrusor, un control sobre el grado de corte. 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 de operación mínima de la zona 3 es de 104.4°C (220°F) o más, en una temperatura de operación adecuada para realizar la fusión de todos los constituyentes que tienen un punto de fusión de 104.4°C (220°F) o menor, más o menos. En otro ejemplo, si el material hidrocarbonáceo está compuesto de poliestireno, la temperatura de operación mínima de la zona 3 es de 240°C (464°F) o más, en una temperatura de operación adecuada para realizar la fusión de todos los constituyentes que tienen un punto de fusión de 240°C (464°F) o menor, más o menos. 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). Puede desprenderse ácido clorhídrico adicional en la zona 3, 403, conforme la temperatura de operación de la zona 3 se aproxima a 300°C (572°F). En ese caso, empezarán a formarse sales que resultan de la reacción del barredor de heteroátomo y ios 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. Si empiezan a formarse ácidos de halógeno al final de la zona 3, la operación de la zona 3 en la porción superior de la escala de presión de operación de la zona 3, es experimentada.

Zona 4: Zona de Mezclado Desestabilización y Barrido de Heteroátomo. La zona 4, 404 es operada con una escala de temperatura interna de reactor no menor de 300°C (572°F) y no mayor de 365.6°C (690°F), más o menos, durante un tiempo de residencia no menor de 30 minutos y no mayor de 120 minutos, más o menos. En la zona 4, el material hidrocarbonáceo experimenta un aumento de presión que resulta del aumento de temperatura, fuerza de corte, desprendimiento de ácidos de halógeno que resultan de la descomposición de PVC, PVDC, ciertos retardadores de llama y similares, y el desprendimiento de vapores de hidrocarburo que resultan de la descomposición de ciertos aditivos y plastificantes. Al comienzo de la zona 4, la presión es equivalente a la de la terminación contigua de la zona 3, en la escala de 344.74 kPa (50 libras por pulgada cuadrada), más o menos, hasta 5,515.81 kPa (800 libras por pulgada cuadrada), más o menos. Conforme se acumula calor, el material hidrocarbonáceo se expande ya que experimenta más corte. Conforme los vapores de hidrocarburo y ácidos de halógeno se desprenden, la presión de la zona 4 aumenta a un máximo de hasta 8,273.71 kPa (1 ,200 libras por pulgada cuadrada), más o menos, dependiendo de la cantidad de vapores de hidrocarburo y ácidos de halógeno que se desprenden, y tambien el espacio libre entre el tornillo y barril del extrusor, un control sobre el grado de corte. Cerca de la terminación del ensamble de tornillo y barril del extrusor, 210, una posición en el centro de la zona 4, o cercana a la misma, los vapores de hidrocarburo y los ácidos de halógeno son descargados del orificio de salida de halógeno 205, opcionalmente bajo ligero vacío. En este punto, la presión en la zona 4 descenderá hasta un mínimo no menor de 13.79 kPa (2 libras por pulgada cuadrada) en el orificio de salida de halógeno 205, o posiblemente más baja si se utiliza vacío opcional. El material hidrocarbonáceo en desestabilización es descargado del extrusor 201 a través del orificio de conexión 207 hacia el reactor de horno térmico 301. Un aumento de presión de nominal a modesto es experimentado dentro del tramo de tubería del orificio de conexión 207, una continuación de la zona 4, ya que el material hidrocarbonáceo continúa desestabilizándose. Después de la descarga a la continuación de la zona 4 dentro de la primera cámara 302 del reactor de horno térmico 301 , es experimentado un descenso de presión a la presión de operación del reactor de horno térmico, generalmente no mayor de 34.47 kPa (5.0 libras por pulgada cuadrada), más o menos.

La finalidad de esta sección del aparato operado en la zona 4 es mezclar completamente la mezcla fundida durante un periodo prolongado, desestabilizar las moléculas que comprenden la mezcla fundida, barrer el azufre (desulfurizar), y convertir halógenos orgánicos en sales sólidas (es decir, deshalogenar).

El craqueo de polímero dentro de los materiales hidrocarbonáceos es promovido por la generación en múltiples etapas de ácido clorhídrico, ácido bromhídrico y/o ácido fluorhídrico. Estos ácidos son identificados comúnmente como catalizadores de craqueo. Concurrente y subsiguientemente, la reacción de estos ácidos de halógeno con 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 generación en la zona 4, 404, de vapores de hidrocarburo como resultado de la descomposición de ciertos plastificantes y aditivos de polímero en la zona 4, la operación de la zona 4 también resulta en la producción de vapores de hidrocarburo a temperaturas muy por abajo de las pronosticadas por modelos térmicos y cinéticos estándares. Después de la condensación, estos vapores de hidrocarburos producidos en la zona 4, 404, resultan en no menos de 2%, ni más 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 resultante de la operación de la zona 4, 404, son controladas por factores que incluyen, sin limitación, la rampa de temperatura para alcanzar 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 el caudal de la materia prima y su composición. La geometría de la zona 4 es una función de factores que incluyen la longitud y el diámetro de esa porción del ensamble 210 de tornillo y barril del extrusor dentro de la zona 4, el diseño del tornillo del extrusor, la longitud del orificio de conexión calentado 207, la longitud y el diámetro de la primera cámara 302 del reactor de horno térmico 303 dentro de la zona 4, el tiempo de residencia deseado en todas las porciones de la zona 4, 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 mediante las reacciones en la zona 4 se acumulan principalmente como sales en el material de residuo carbonoso, que es separado de la zona 7 subsiguiente, 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 parafina puede ser descargado directamente desde un punto en la transición de la zona 4, 404, a la zona 5, 405, específicamente en la terminación de la primera cámara 302 del reactor de horno térmico 301 , mediante la recuperación de cera en el depósito colector 330, flujo de cera subsiguiente a través del conducto de salida de cera 331 y recuperación final en el orificio de disposición 332. Aunque la mezcla fundida cortada y subsiguientemente mezclada dentro de la primera porción de la zona 4 mantiene características de plástico fundido cuando es descargada y examinada después de congelación, como el material se desestabiliza progresivamente conforme avanza dentro de la última mitad de la zona 4 hacia la zona de transición de la zona 4, 404, a la zona 5, 405, el material empieza a experimentar craqueo que es dominado por craqueo homólogo, perdiendo gradualmente viscosidad, y después de congelación, haciéndose más friable, finalmente tomando las características de la cera dura cuando la mezcla fundida se mantiene a un tiempo de residencia adecuado en la escala de temperatura de 352°C (670°F) a 365°C (690°F). Dado que se forma relativamente poco residuo carbonoso antes de la pirólisis en la zona 5, la cera descargada del orificio de derivación 332 está contaminada sólo por moléculas de hidrocarburo disueltas 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 puede ser operado con o sin derivación de la cera. Si la cera no es separada, permanece en el reactor en un estado líquido y es procesada adicionalmente en zonas subsiguientes. Si esta cera es separada y recuperada, se enfriará a un estado sólido a temperatura ambiente. Por lo tanto, la cera se considera un producto sólido.

Ciertos materiales no poliméricos en el 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 del material hidrocarbonáceo introducido al aparato 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, que puede ser recuperada del orificio de derivación 332 mostrado en la figura 3, 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 4. Si los productos primarios deseados incluyen un corte aromático, la presencia de papel en la materia prima puede ofrecer una ventaja. En otro ejemplo, desechos laminados de empaque de alimentos que incluyen láminas delgadas de aluminio como componentes del laminado pueden estar presentes en los plásticos de desechos municipales. Después de que las capas de polímeros se funden, la lámina delgada de aluminio es liberada. La superficie metálica del aluminio promueve una rápida despolimerización sobre su superficie, aumentando el rendimiento de la fracción de cera.

La descarga de cera del orificio de derivación 332 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 332. Cuando los hidrocarburos condensables son separados como cera del orificio de derivación 332, las moléculas separadas no experimentan pirólisis en las zonas 5, 405, y 6, 406, 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 332 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 reacciona y que no reacciona, si se añade el 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 332 exhibe muchas características de cera microcristalina en contraste con la cera de parafina, que incluyen la relación de alcanos ramificados y no ramificados, color más oscuro, punto de fusión más alto, dureza y características adhesivas.

Zona 5: Zona de pirólisis. La zona 5, 405, 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. 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 más pesada 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, 405, 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 332. La geometría de la zona 5 es una función de factores que incluyen, sin limitación, la longitud de la segunda cámara del reactor de horno térmico, el diámetro del reactor de horno térmico, el diseño interno del reactor de horno térmico, y la velocidad pronosticada de pérdida de masa por desprendimiento y emisión de vapor de la mezcla fundida de la zona 5. Esta velocidad de pérdida de masa es 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, 405, junto con la presencia de catalizadores derivados in situ que incluyen sales.

La operación de la zona 5, 405, 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. El reactor térmico de horno 301 opera como una caldera en la que el material hidrocarbonáceo que se piroliza exhibe una interfaz de ebullición y transición dinámica de vapor arriba del material hidrocarbonáceo pirolizado incompletamente. Esta superficie de transición se desprende continuamente conforme hierve bajo las condiciones del equilibrio dinámico hasta que el material hidrocarbonáceo se piroliza eficientemente, dejando solo el material de residuo carbonoso sólido y cualquier material hidrocarbonáceo pirolizado incompletamente que avanza a la zona 6, 406, para desvolatilización y coquización. 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 de la zona 5, y dependiendo de la mezcla de producto deseada, se puede introducir un gas portador no condensable en el reactor de horno térmico 301 en el orificio de inyección auxiliar 320. La adición opcional de gas portador resulta en un aumento proporcional del flujo de vapor que sale de la segunda cámara 303 y la zona 5 correspondiente. Por consiguiente, si se practica esta opción, los condensadores 80 se deben diseñar para acomodar el aumento de la velocidad de flujo de vapor. 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 o cualquier mezcla de estos gases no condensables. El uso de un gas reciclado 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 las 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 y sólidos residuales: La zona 6, 406, 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 se 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 593°C (1 , 100°F) y 649°C (1 ,200°F), más o menos, y a presión de reactor derivada in situ generalmente no mayor de 34.47 kPa (5.0 libras por pulgada cuadrada), más o menos. La zona 6, 406, se 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. El vapor que resulta de las reacciones que ocurren en las zonas 5, 405, y 6, 406, es descargado en la salida 323 colocada en la zona 5, 405. Las salidas pueden ser una sola salida 323, o una pluralidad de salidas, incluso salidas de retroceso o auxiliares.

Se puede usar un limpiador (no mostrado) para recuperar cualquier halógeno residual no capturado en la zona 4, 404, antes de descargar en los condensadores de reducción 80. Este limpiador de heteroátomo se 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, 406, puede ser enviado 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, 405, 6, 406, y/o 7, 407, del reactor de horno térmico 301 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, 406, incluye la terminación del craqueo molecular hasta el punto final deseado, también alcanzando descomposición de algunos pero no todos los silanos y siloxanos. Notablemente, del material hidrocarbonáceo que incluye polifluoroetileno (PTFE), silanos clorometilaromáticos (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 de horno térmico 301 y corriente arriba del arreglo de condensadores 80.

Opcionalmente, si el contenido de olefina 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 de horno térmico 301 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 en 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 del orificio de descarga 323 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 4, opcionalmente complementados con eliminadores de nieblas 811 , 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 modalidad ilustrada en la figura 4, 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 4, 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 mantener un manto de vapor no condensable anaeróbico 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 los 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. Alternativamente, el gas no condensable recuperado se puede hacer circular antes de usar en cualquier parte como el manto de vapor sobre el producto líquido en los tanques de producto líquido, puede ser consumido 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 402 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 al 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 4, 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 se puede pasar sobre carbón activado y el condensado se desecha como agua de desecho, o puede ser retornado al proceso en el orificio de inyección auxiliar 320 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 407 es operada con una escala de temperatura interna de reactor no menor que la temperatura máxima de la zona 6 precedente, 406, 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, 406, y no mayor de 6.89 kPa (1.0 libras por pulgada cuadrada), más o menos, experimentada en la zona 7, y debajo y/o corriente abajo del orificio de derivación de vapor, 323, que operan a vacío relativo debido a su descarga respectiva 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. Los sólidos de la zona 7, 407, son descargados a través de la salida de residuo carbonoso, 319. 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, 407.

En su extremo caliente, el residuo carbonoso es purgado con metano de gas natural para mitigar los hidrocarburos aromáticos y aromáticos polinucleares residuales adsorbidos. 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 metano de purga en la zona 7, 407, corriente abajo de la salida de residuo carbonoso 319, a aire atmosférico, a una temperatura por debajo del punto de inflamación de los sólidos al final de la zona 7, 407. 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, 407, 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, 407, 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.

El 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 orificios. 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 in Pipes and Pipe Jomts”, presentada el 7 de enero de 2013. Ese aparato sacudidor está diseñado para raspar 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 la conversión continua de materiales hidrocarbonáceos a productos condensables, no condensables y sólidos, que comprende: por lo menos unos medios de extrusor capaces de proveer fuerza de corte y calor, y que tienen tres o más zonas de tratamiento; un reactor de horno térmico de proceso continuo, dicho extrusor y dicho reactor de horno estando en comunicación de fluido; medios para transportar los materiales hidrocarbonáceos a través del aparato, y entre dicho extrusor y dicho reactor de horno; medios para alimentar los materiales hidrocarbonáceos al aparato; medios para calentar los materiales hidrocarbonáceos; medios para separar productos de vapor de dicho aparato; medios para separar productos sólidos de dicho aparato; medios mediante los cuales dichos materiales hidrocarbonáceos son mantenidos dentro de las zonas en una escala de temperaturas y tiempos de residencia definidos; y medios para hacer girar dicho reactor de horno térmico; en donde dicho extrusor tiene por lo menos tres zonas, que incluyen una zona para comprimir y deshidratar los materiales hidrocarbonáceos, una zona para fundir los materiales hidrocarbonáceos y convertirlos de un sólido a un líquido, y una zona para mezclar, desestabilizar y deshalogenar los materiales hidrocarbonáceos, con lo cual dicho material hidrocarbonáceo es sometido a una pluralidad de escalas de temperaturas y tiempos de residencia definidos; en donde dicho reactor de horno comprende por lo menos dos zonas, que incluyen una zona para desestabilizar y deshalogenar adicionalmente, y una zona para pirol izar y para desvolatilizar los materiales hidrocarbonáceos pirolizados, con lo cual dichos materiales hidrocarbonáceos son convertidos a productos de vapor, que pueden ser tratados adicionalmente para producir productos condensables y no condensables y productos de hidrocarburo sólidos; y en donde dicho aparato comprende colectivamente el medio térmico y cinético completo requerido para convertir los materiales hidrocarbonáceos.

2.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichos medios de extrusor comprenden una pluralidad de configuraciones de tornillo y barril que definen una zona de alimentación, la zona de compresión y deshidratación para separar el aire y la humedad de dichos materiales hidrocarbonáceos, la zona para fundir los materiales hidrocarbonáceos para convertirlos de un sólido a un líquido, y la zona para mezclar, desestabilizar y deshalogenar los materiales hidrocarbonáceos.

3.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque una parte o todo el aparato está inclinado con respecto a la horizontal a un ángulo entre aproximadamente -20° y aproximadamente +20°.

4.- El aparato de la reivindicación 3, caracterizado además porque una parte o todo el aparato está inclinado con respecto a la horizontal a un ángulo entre aproximadamente +2° y aproximadamente +6°.

5.- El aparato de la reivindicación 3, caracterizado además porque una parte o todo el aparato está inclinado con respecto a la horizontal a un ángulo entre aproximadamente -2° y aproximadamente -6o.

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

7.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye la recuperación directa de cera desde un punto localizado en la transición de la zona de mezclado, desestabilización molecular y barrido de heteroátomo, a la zona de pirólisis subsiguiente.

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

9.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye unos medios para separar y recolectar ácidos de halógeno.

10.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye unos medios para introducir un gas de purga.

11.- El aparato de la reivindicación 1 , caracterizado además porque incluye unos medios separados para alimentar materiales hidrocarbonáceos líquidos al aparato.

12.- Un proceso de pirólisis para la conversión de material hidrocarbonáceo para producir productos de vapor y productos sólidos útiles, que comprende: proveer por lo menos un extrusor que tiene medios para transportar dicho material hidrocarbonáceo a través del aparato, que es capaz de proveer fuerza de corte y calor y que tiene tres o más zonas de tratamiento y un reactor de horno térmico de proceso continuo que tiene medios para calentar dicho material hidrocarbonáceo que está en comunicación de fluido con el extrusor; alimentar el material hidrocarbonáceo a una zona de compresión del extrusor para separar el aire y la humedad atrapados de dicho material hidrocarbonáceo; fundir el material hidrocarbonáceo; mezclar el material hidrocarbonáceo fundido para formar una mezcla fundida, y someter la mezcla fundida a desestabilización molecular, deshalogenación, desulfurización y barrido de heteroátomo; alimentar la mezcla fundida al horno; someter la mezcla fundida a más desestabilización molecular, deshalogenación, desulfurización y barrido de heteroátomo; someter la mezcla fundida a pirólisis para convertir el material hidrocarbonáceo en productos de vapor y productos sólidos; y recuperar dichos productos de vapor y dichos productos sólidos; en donde dicho proceso comprende el medio térmico y cinético completo requerido para convertir el material hidrocarbonáceo.

13.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo es alimentado al aparato 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.

14.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo se alimenta al aparato 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.

15.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque la humedad de la materia prima hidrocarbonácea alimentada al aparato es separada hasta aproximadamente 10% de humedad en peso.

16.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo es comprimido, y el aire y el agua son separados a una temperatura no mayor de aproximadamente 104.4°C (220°F).

17.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque el material hidrocarbonáceo es comprimido en la zona de compresión y el tiempo de residencia en la zona de compresión es aproximadamente de 15 segundos a 5 minutos.

18.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo se mantiene en la zona de fusión a una temperatura entre de aproximadamente 104.4°C (220°F) y aproximadamente 300.0°C (572°F) para fundir el material hidrocarbonáceo.

19.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque el material hidrocarbonáceo se funde en una zona de fusión, y el tiempo de residencia en la zona de fusión es de entre aproximadamente 10 minutos y aproximadamente 45 minutos.

20.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo se mezcla, desestabiliza, desulfuriza y deshalogena a una temperatura en la escala de aproximadamente 300.0°C (572°F) a aproximadamente 365.6°C (690°F).

21.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque el material hidrocarbonáceo se mezcla, desestabiliza, desulfura y deshalogena en una zona de mezclado, y el tiempo de residencia en la zona de mezclado es de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 120 minutos.

22.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque los productos sólidos incluyen cera microcristalina y cera de parafina, y mezclas de las mismas.

23.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque el material hidrocarbonáceo se piroliza a una temperatura de aproximadamente 365.6°C (690°F) a aproximadamente 487.8°C (910°F).

24.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque el material hidrocarbonáceo se piroliza en una zona de pirólisis, y el tiempo de residencia en la zona de pirólisis es aproximadamente de 30 minutos a 90 minutos.

25.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque los productos sólidos son productos de residuo carbonoso sólido, y éstos se someten adicionalmente a desvolatilización a una temperatura en la escala de aproximadamente 454.4°C (850°F) a aproximadamente 982.2°C (1800°F).

26.- El proceso de la reivindicación 25, caracterizado además porque los productos de residuo carbonoso sólido se someten a desvolatilización a una temperatura en la escala de aproximadamente 454.4°C (850°F) a aproximadamente 648.9°C (1200°F).

27.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque los productos sólidos son residuos carbonosos y estos se desvolatilizan en una zona de desvolatilización, y el tiempo de residencia en la zona de desvolatilización es aproximadamente de 15 minutos a 60 minutos.

28.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque los productos sólidos son productos de residuo carbonoso sólido y estos son descargados a temperatura ambiente.

29.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque el tiempo de residencia en la zona de descarga de residuo carbonoso es de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 30 minutos.

30.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque dichos material 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.

31.- El proceso de la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende el paso de condensar los productos de vapor para recuperar productos líquidos.

32.- Un proceso para la conversión de material hidrocarbonáceo para producir productos de cera útiles, que comprende: proveer por lo menos un extrusor que tiene medios para transportar el material hidrocarbonáceo a través del aparato, que es capaz de proveer fuerza de corte y calor y que tiene tres o más zonas de tratamiento, y un reactor de horno térmico de proceso continuo que tiene medios para calentar el material hidrocarbonáceo que está en comunicación de fluido con el extrusor; alimentar una mezcla de material hidrocarbonáceo y composición de barrido de heteroátomo al aparato; comprimir el material hidrocarbonáceo para separar el aire y la humedad atrapados del material hidrocarbonáceo; fundir el material hidrocarbonáceo; mezclar el material hidrocarbonáceo fundido para formar una mezcla fundida con lo cual dicha mezcla fundida es sometida a desestabilización molecular, deshalogenación y barrido de heteroátomo; recuperar dichos productos de cera.

33.- El proceso de la reivindicación 32, caracterizado además porque dicho material hidrocarbonáceo es alimentado al aparato 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.