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WO2008126042A2 - Procedimiento para el tratamiento de neumaticos y reactor de pirolisis para llevar a cabo dicho procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para el tratamiento de neumaticos y reactor de pirolisis para llevar a cabo dicho procedimiento. Download PDF

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WO2008126042A2
WO2008126042A2 PCT/IB2008/051390 IB2008051390W WO2008126042A2 WO 2008126042 A2 WO2008126042 A2 WO 2008126042A2 IB 2008051390 W IB2008051390 W IB 2008051390W WO 2008126042 A2 WO2008126042 A2 WO 2008126042A2
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reactor
pyrolysis
gas
carbon black
bed
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Roberto Aguado Zarraga
Martin Olazar Aurrecoechea
Javier Bilbao Elorriaga
Jose Leandro Martinez Camus
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Energy & Environment Consulting S L
Euskal Herriko Unibertsitatea
Original Assignee
Energy & Environment Consulting S L
Euskal Herriko Unibertsitatea
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Definitions

  • the present invention relates to a method for treating tires and a pyrolysis reactor for carrying out said process.
  • Used tires constitute a waste to be recycled which has as main components: metallic and textile fibers, natural and synthetic rubber and carbon black.
  • the present invention provides a method for treating tires, which comprises the step of carrying out the pyrolysis of the rubber and carbon black residue comprising said tires, and the step of recovering said black from smoke from the pyrolysis of the residue.
  • the process is characterized by the fact that said pyrolysis is carried out in the presence of a cracking catalyst and under suitable conditions to allow the total conversion to gas, under reactor conditions, of the rubber comprising said residue, and by the fact that it also includes the stage of recovering said gas for its energy and / or material use.
  • the process of the present invention has the advantage that it allows to recover in a simple and very efficient way all the carbon black that the tires have, since all the rubber of the waste is converted to gas that can be used, either for its energy or material recovery, so no tars are generated that must be treated later.
  • the carbon black can be separated for recovery in the same pyrolysis reactor, without the need for subsequent treatments and, on the other hand, the gas obtained can be easily recovered for recovery.
  • the pyrolysis of the process of The present invention is carried out by the so-called spout bed contact system.
  • the contact system By means of a bed contact system in a dispenser, the contact system will be understood which basically consists of arranging the solid to be treated (rubber and carbon black) in a bed through which the entrainment gas enters, and in use, instead of the classic distribution plate characteristic of fluidized beds, a hole through which said gas passes, opening a channel through which it rises.
  • the solid to be treated which can be fed by the upper part, is circulating covering a cycle composed of a descending stage in the annular zone of the bed that surrounds said channel, and an ascending stage in the area of the channel, driven by gas
  • the spout bed contact system applied to the pyrolysis process of the described process offers numerous advantages. Among them, the most surprising, is the fact that it allows to easily segregate the carbon black from the bed, without the need to extract the catalyst. In fact, the spout bed system allows the particles to be segregated according to their density or size, since the particles of lower density, such as carbon black, describe broader trajectories at the source, so these can be collected by arranging, for example, an inclined channel in the wall of the pyrolysis reactor.
  • Another advantage of the spout bed system is the fact that it allows the continuous operation of the reactor, so that it is not necessary to stop the operation to carry out the loading of the solid to be treated and the discharge of the catalyst.
  • the spout bed system also has other advantages. Among them, the fact that it allows to effectively treat solids of irregular texture and with agglomeration tendency, characteristics that are common to granular materials (for example, plastic-type waste), since the action of the high speed in said system breaks the agglomerates. Similarly, larger particles can be processed than those processed in fluidized bed systems.
  • said cracking catalyst is selected to obtain hydrocarbons and said energy use of the recovered gas comprises the step of generating electrical energy by a cogeneration equipment fed substantially from hydrocarbons from said gas.
  • the process of the present invention has the advantage that it has a very high energy efficiency and is very economically profitable, since all the rubber in the waste is converted into a fuel (mostly liquid) prepared for use in a device of cogeneration that produces electrical energy and thermal energy.
  • cogeneration equipment preferably thermoelectric cogeneration equipment
  • the "in situ" use of thermal energy allows very high global energy yields.
  • said pyrolysis is carried out at atmospheric pressure.
  • said catalyst is selected to obtain hydrocarbons of a molecular size suitable for use as fuel in said equipment of cogeneration and, preferably, the molecular size of said hydrocarbons is such that the molecules have less than 25 carbon atoms.
  • said catalyst comprises zeolites with good cracking properties.
  • the process comprises the step of recovering the carbon dioxide from the flue gases of said cogeneration equipment and, advantageously, said recovery is carried out by means of a chemical absorption and extraction system.
  • the process comprises the step of recirculating a part of the gas generated in the pyrolysis for the fluidization of the bed and for the heat input, the temperature of said gas recirculated being maintained by thermal energy from the post-combustion of the gases of escape of said cogeneration equipment. Thanks to this, the pyrolysis operation can be maintained autothermally without the need for an external heat input, so the process can be self-sufficient.
  • the process comprises the step of cooling the gas generated under reactor conditions to obtain the hydrocarbons that feed said cogeneration equipment, and said cooling is carried out by means of an absorption refrigerating equipment that uses thermal energy, preferably hot water , from the same cogeneration team.
  • the step of separating is carried out. the textile and metallic fibers of the tires.
  • the rubber and carbon black residue that remains from the tires, once the textile and metal fibers are separated, is crushed before proceeding to pyrolysis.
  • the process comprises the step of using thermal energy from said cogeneration equipment to meet thermal needs of at least one parallel process of waste or product treatment.
  • said parallel process comprises the stage of desalination of brackish water by means of a thermal evaporation desalination system.
  • the process has the advantage that, in addition to electrical energy, it can generate excellent quality drinking water.
  • the present invention provides a pyrolysis reactor to carry out the claimed process.
  • Said reactor is characterized by the fact that it comprises means for collecting the carbon black from the pyrolysis of the residue, and by the fact that it also comprises the so-called spout bed contact system that allows segregating the carbon black from the bed without removing the catalyst.
  • the invention surprisingly provides a reactor that allows to recover in a very simple way the carbon black from the tires.
  • the spout bed system allows the particles to be segregated according to their density or size, since particles of lower density, such as carbon black, describe broader paths in the source.
  • said reactor it comprises a wall with an inverted trunk-conical configuration, the lower part of said wall comprising the gas inlet to move the bed.
  • This configuration improves the efficiency of the pyrolysis operation, since it allows to increase the operating gas flow range, work with wider distributions of particle sizes and treat a higher rubber flow rate for a given volume.
  • less temperature is required to carry out the catalytic pyrolysis and, as a consequence of all this, the energy needs of the process are considerably reduced.
  • said inverted truncated conical reactor comprises a cylindrical upper extension of the same section as the conical zone that has the function of collecting the solids carried by the gas that arises from the bed center.
  • the pyrolysis reactor zone occupied by the cracking catalyst and forming the bed comprises a central device consisting of two rings located one in the upper area of the conical chamber and another in the upper cylindrical extension. Said device allows to treat both materials with narrow granular distributions (little variation in particle diameters) and very heterogeneous mixtures, that is, which allows granulometric fractions with different sizes to be pyrolyzed in a single operation.
  • the wall of said reactor comprises said means for collecting the separated carbon black.
  • said means for collecting the carbon black comprise means for allowing the secreted carbon black to be continuously output. In this way, recovery is very efficient and profitable.
  • said reactor comprises means for hot filtering the gases generated under reactor conditions. This avoids the dragging of carbon black and, therefore, the contamination of pyrolysis gases.
  • the tires that can be treated in the process of the present invention will preferably be used tires, supplied by waste management companies.
  • the pyrolysis operation is carried out on tires to which the textile and metallic fibers they contain have been previously removed.
  • the rubber and carbon black residue from the tires is treated in a pyrolysis reactor 1 which includes the spout bed contact system, and all the gas from the pyrolysis is energy recovered. as fuel in a cogeneration equipment that produces electrical energy and thermal energy.
  • the rubber and carbon black residue is crushed in order to achieve a homogeneous granular material in composition and granulometry that is suitable for feeding the reactor 1 or pyrolysis reactor.
  • the particle size depends on the geometry of the reactor 1, the spout bed technology proposed in this embodiment allows to work with particle sizes larger than those of other reactors, which means an energy saving at this stage that results in the final energy efficiency of the process.
  • the rubber and carbon black residue is introduced to the reactor 1 through the side opening 2 to carry out its pyrolysis at low temperature in the presence of a cracking catalyst.
  • the type of catalyst and the conditions under which the pyrolysis is carried out are suitable to allow the total conversion to gas, under reactor conditions, of the rubber of the tires, so that with the process of the present invention, no tars and / or heavy hydrocarbons are generated.
  • the bed of catalyst particles that are arranged inside the reactor 1 is prepared based on zeolites with good cracking properties (HZSM5, ⁇ , HY), and with a particle diameter that depends of the specific geometry of said reactor 1.
  • HZSM5, ⁇ , HY good cracking properties
  • the spout bed technology is based on the creation of a central gas channel or jet that forces the particles to describe cycles, avoiding dead zones (no material circulation).
  • this technology applied to The method of the present invention has the advantage that it allows to easily segregate the carbon black from the bed, without the need to extract the catalyst. This is due to the fact that the displacement of the particles varies depending on their density.
  • particles of lower density such as carbon black
  • particles of lower density such as carbon black
  • the channel 3 can be designed as an overflow to allow the continuous release of the carbon black.
  • the pyrolysis reactor 1 with which the procedure described is carried out, has an inverted trunk-conical configuration 4 with a cylindrical upper extension 5 which is intended to collect solids carried by the gas that arises from the center of the bed.
  • the trunk-conical section 4 of the reactor 1 has very particular dimensions and design of the gas inlet 6 that allow to achieve maximum gas-solid contact efficiency, a minimum loss of load and a uniformity of the solids to be treated.
  • the angle of inclination ⁇ corresponding to the inverted truncated conical part 4 of the reactor 1 is between 28 ° and 50 °; and that the ratio between the diameter of the gas inlet 6 and the diameter of the base 7 of the trunk-conical part 4 is between 1/2 and 5/6. It is also provided that the gas flow at inlet 6 is between 1.5 and 2 times higher than that corresponding to a minimum speed predetermined, depending on the specific properties of the material that forms the bed and the geometric factors of the reactor 1 itself.
  • the ratio between the diameter of the gas inlet 6 to the reactor 1 and the diameter of said particles should preferably be between 2 and 30.
  • the relationship between the diameter of the inlet 6 and the particle diameter is greater than 30.
  • This device 8 consists of two rings 9,10 of the same diameter as the inlet 6 of the pyrolysis chamber 1. One of them is flush to the top of the cone 4 and the other is above the cone 4. Both 9.10 are attached by three ribs 11 to the base 7 of the chamber or reactor 1.
  • the purpose of the lower ring 9 is achieve the opening of the central channel and the consequent stability of the bed.
  • the upper ring 10 prevents the height of the source from being excessively high, a situation that occurs when the particles are light or small.
  • a baffle 12 is placed at the top of the cylindrical section 5.
  • the central device 8 described in the previous paragraph has the advantage that it allows to treat both materials with narrow granular distributions (little variation in particle diameters) and very heterogeneous mixtures, that is, that allows granulometric fractions with different sizes to be pyrolyzed in a single operation. .
  • the process proposed in the present invention enables, on the one hand, the conversion it completes all the rubber of the tires with gas and, on the other, the continuous separation of the pyrolysis reactor from the carbon black through the channel / overflow 3.
  • the cracking catalyst used is selected to obtain hydrocarbons and, preferably, hydrocarbons of a molecular size such that the molecules have less than 25 carbon atoms.
  • thermoelectric cogeneration two types of equipment will be used, one that uses hydrocarbons in the gas state and the other, hydrocarbons in the liquid state.
  • Such equipment can perform cogeneration either through the system of alternative internal combustion engines or through the combined cycle system that uses gas and steam turbines and a boiler.
  • any system capable of generating electricity and thermal energy from a fuel may be suitable.
  • a part of the pyrolysis gas produced is recirculated to the pyrolysis reactor 1 to move the bed and provide heat.
  • the thermal energy to maintain the temperature level of the recirculated pyrolysis gases is obtained from the post-combustion of the exhaust gases of the cogeneration equipment, since, as is known, the temperature of said gases ( fumes at 42O 0 C with 12% oxygen) can be increased up to 600 0 C by performing a post-combustion through the additional supply of oxygen.
  • the recirculation of pyrolysis gas at 600 0 C has the advantage that it allows the pyrolysis operation to be maintained auto-thermally without the need for external heat input, which greatly increases the energy efficiency of the plant and allows the process to be self-sufficient from The energy point of view.
  • a system is provided that recovers the heat of the cooling circuits of the alternative engines of the cogeneration equipment and of the combustion fumes of said engines, or of the condensates of the combined cycle steam turbine.
  • hot water can be obtained for use in the refrigeration absorption equipment that cools the pyrolysis gases at the outlet of the reactor.
  • thermal energy and the electrical energy generated with the cogeneration equipment can also be used to meet the thermal needs of parallel processes of waste or product treatment, further increasing the energy efficiency of the process, as well as its economic profitability.
  • a part of the thermal energy from cogeneration is used to obtain potable water by means of a multi-stage thermal evaporation water desalination system that uses hot water obtained from the exhaust gases of the alternative engines of Cogeneration equipment
  • the process described also provides for the recovery and concentration of carbon dioxide from combustion fumes of cogeneration equipment, through a chemical absorption and extraction system that, preferably, it uses a 30% monoethanolamine solution as an absorber.
  • the system's exit gas is cooled and compressed until the carbon dioxide is liquefied and then stored in tanks. The wealth of the gas obtained exceeds 99.8% of carbon dioxide.
  • the process of the present invention constitutes a comprehensive tire treatment process that fully recovers carbon black and, in addition, allows to obtain electric power, and other products such as, for example, drinking water and liquid carbon dioxide.
  • the treatment process is also very economically profitable, since with it an important amount of tires can be treated with the maximum energy and material efficiency, so it constitutes a real alternative to the tire pouring.

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Abstract

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

Description

PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO DE NEUMÁTICOS Y REACTOR DE PIRÓLISIS PARA LLEVAR A CABO DICHO PROCEDIMIENTO.
La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de neumáticos y a un reactor de pirólisis para llevar a cabo dicho procedimiento .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los neumáticos usados constituyen un residuo a reciclar que tiene como componentes principales: fibras metálicas y textiles, caucho natural y sintético y negro de humo.
El reciclaje de las fibras metálicas y textiles que contienen los neumáticos es un proceso que se realiza de un modo relativamente fácil. Sin embargo, el reciclaje del caucho y el negro de humo resulta en la actualidad muy complejo y económicamente muy poco rentable, por lo que, en la práctica, dichos componentes constituyen un residuo que acaba gestionándose mediante depósito en vertedero.
Las patentes francesa FR2446312 y americana
US4647443, describen procedimientos de reciclaje de neumáticos que pretenden la recuperación del negro de humo y la valorización energética del caucho que comprenden dichos neumáticos.
Los procesos de ambas patentes llevan a cabo la pirólisis de los neumáticos en unas condiciones que dan lugar, en condiciones de reactor, a una fase vapor y a una fase sólida o alquitrán. En las citadas patentes, tanto el alquitrán como el vapor son procesados, después de la pirólisis, para obtener negro de humo y hidrocarburos.
Los procesos descritos presentan el inconveniente de que resultan muy complejos y muy poco eficientes desde el punto de vista energético y material
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento y reactor para el tratamiento de neumáticos que es muy simple y altamente eficiente desde el punto de vista energético y material. De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para el tratamiento de neumáticos, que comprende la etapa de llevar a cabo la pirólisis del residuo de caucho y negro de humo que comprenden dichos neumáticos, y la etapa de recuperar dicho negro de humo procedente de la pirólisis del residuo. El procedimiento se caracteriza por el hecho de que dicha pirólisis se lleva a cabo en presencia de un catalizador de craqueo y en unas condiciones adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor, del caucho que comprende dicho residuo, y por el hecho de que comprende, además, la etapa de recuperar dicho gas para su aprovechamiento energético y/o material.
Sorprendentemente, el procedimiento de la presente invención presenta la ventaja de que permite recuperar de una manera simple y muy eficiente todo el negro de humo que tienen los neumáticos, puesto que todo el caucho del residuo es convertido a gas susceptible de ser aprovechado, ya sea para su valorización energética o material, por lo que no se generan alquitranes que deban tratarse posteriormente. De este modo, el negro de humo puede ser separado para su recuperación en el mismo reactor de pirólisis, sin necesidad de realizar tratamientos posteriores y, por otro lado, el gas obtenido puede ser recuperado fácilmente para su valorización. Preferentemente, la pirólisis del procedimiento de la presente invención se lleva a cabo mediante el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor.
Por sistema de contacto de lecho en surtidor se entenderá el sistema de contacto que consiste básicamente en disponer el sólido a tratar (caucho y negro de humo) en un lecho por cuya base entra el gas de arrastre, y en utilizar, en lugar de la clásica placa distribuidora característica de los lechos fluidizados, un orificio a través del que pasa dicho gas, abriendo un canal por el que asciende. De esta manera el sólido a tratar, que puede ser alimentado por la parte superior, está circulando cubriendo un ciclo compuesto por una etapa descendente en la zona anular del lecho que rodea al referido canal, y una etapa ascendente en la zona del canal, impulsado por el gas .
El sistema de contacto de lecho en surtidor aplicado al proceso de pirólisis del procedimiento descrito ofrece numerosas ventajas. De entre ellas, la más sorprendente, es el hecho de que permite segregar fácilmente el negro de humo del lecho, sin necesidad de extraer el catalizador. En efecto, el sistema de lecho en surtidor posibilita que las partículas sean segregadas en función de su densidad o tamaño, puesto que las partículas de menor densidad, como por ejemplo el negro de humo, describen trayectorias más amplias en la fuente, por lo que éstas pueden ser recogidas disponiendo, por ejemplo, un canal inclinado en la pared del reactor de pirólisis.
Otra ventaja del sistema de lecho en surtidor está en el hecho de que posibilita la operación en continuo del reactor, de modo que no es necesario detener la operación para realizar la carga de sólido a tratar y la descarga del catalizador.
El sistema de lecho en surtidor presenta además otras ventajas. Entre ellas, el hecho de que permite tratar eficazmente sólidos de textura irregular y con tendencia a la aglomeración, características que son comunes a los materiales granulares (por ejemplo, residuos de tipo plástico) , ya que la acción de la alta velocidad en dicho sistema rompe los aglomerados. De igual modo, se pueden procesar partículas de mayor tamaño que las que se procesan en los sistemas de lecho fluidizado.
Según una realización preferida de la presente invención, dicho catalizador de craqueo se selecciona para obtener hidrocarburos y dicho aprovechamiento energético del gas recuperado comprende la etapa de generar energía eléctrica mediante un equipo de cogeneración alimentado sustancialmente a partir de hidrocarburos procedentes de dicho gas.
Gracias a estas características, el procedimiento de la presente invención presenta la ventaja de que tiene un rendimiento energético muy elevado y es muy rentable económicamente, puesto que todo el caucho del residuo se convierte en un combustible (mayoritariamente líquido) preparado para emplear en un equipo de cogeneración que produce energía eléctrica y energía térmica.
En la presente invención por equipo de cogeneración, preferentemente equipo de cogeneración termoeléctrica, se entenderá cualquier equipo o sistema susceptible de generar y aprovechar simultáneamente electricidad y calor a partir de un combustible líquido o gaseoso, ya sea mediante un equipo que utiliza motores alternativos, turbinas de gas, turbinas de vapor y/o células de combustible. El aprovechamiento "in situ" de la energía térmica permite unos rendimientos energéticos globales muy elevados.
Preferiblemente, dicha pirólisis se lleva a cabo a presión atmosférica.
Ventajosamente, dicho catalizador se selecciona para obtener hidrocarburos de un tamaño molecular adecuado para emplear como combustible en dicho equipo de cogeneración y, preferentemente, el tamaño molecular de dichos hidrocarburos es tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono.
Otra vez ventajosamente, dicho catalizador comprende zeolitas con buenas propiedades para el craqueo.
Preferentemente, el procedimiento comprende la etapa de recuperar el dióxido de carbono de los gases de combustión de dicho equipo de cogeneración y, ventajosamente, dicha recuperación se lleva a cabo mediante un sistema de absorción y extracción química.
Gracias a estas características, la rentabilidad económica y el rendimiento energético y material del proceso de la presente invención es todavía más elevado, puesto que se obtiene también dióxido de carbono líquido, útil para emplear como materia prima en diversos procesos industriales .
Ventajosamente, el procedimiento comprende la etapa de recircular una parte del gas generado en la pirólisis para la fluidización del lecho y para el aporte de calor, siendo mantenida la temperatura de dicho gas recirculado mediante energía térmica procedente de la post-combustión de los gases de escape de dicho equipo de cogeneración. Gracias a ello, la operación de pirólisis puede mantenerse autotérmicamente sin necesidad de realizar un aporte externo de calor, por lo que el proceso puede ser autosuficiente .
Otra vez ventajosamente, el proceso comprende la etapa de enfriar el gas generado en condiciones de reactor para obtener los hidrocarburos que alimentan dicho equipo de cogeneración, y dicho enfriamiento se lleva a cabo mediante un equipo frigorífico de absorción que emplea energía térmica, preferentemente agua caliente, procedente del mismo equipo de cogeneración.
De nuevo ventajosamente, antes de proceder a la etapa de pirólisis, se lleva a cabo la etapa de separar las fibras textiles y metálicas de los neumáticos.
Preferentemente, el residuo de caucho y negro de humo que queda de los neumáticos, una vez separadas las fibras textiles y metálicas, es triturado antes de proceder a su pirólisis.
Otra vez preferentemente, el procedimiento comprende la etapa de utilizar energía térmica procedente de dicho equipo de cogeneración para satisfacer necesidades térmicas de por lo menos un proceso paralelo de tratamiento de residuos o productos.
Ventajosamente, dicho proceso paralelo comprende la etapa de desalar aguas salobres mediante un sistema de desalinización por evaporación térmica. De este modo, el proceso presenta la ventaja de que, además de energía eléctrica, puede generar agua potable de excelente calidad.
De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención proporciona un reactor de pirólisis para llevar a cabo el procedimiento reivindicado. Dicho reactor se caracteriza por el hecho de que comprende medios para recoger el negro de humo procedente de la pirólisis del residuo, y por el hecho de que comprende, además, el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor que permite segregar el negro de humo del lecho sin necesidad de extraer el catalizador.
Gracias a estas características, sorprendentemente la invención proporciona un reactor que permite recuperar de un modo muy simple el negro de humo procedente de los neumáticos . Tal y como ya se ha comentado, el sistema de lecho en surtidor posibilita que las partículas sean segregadas en función de su densidad o tamaño, puesto que las partículas de menor densidad, como por ejemplo el negro de humo, describen trayectorias más amplias en la fuente. Según una realización preferida, dicho reactor comprende una pared con una configuración tronco-cónica invertida, comprendiendo la parte inferior de dicha pared la entrada de gas para mover el lecho. Dicha configuración mejora la eficiencia de la operación de pirólisis, puesto que permite aumentar el intervalo de caudal de gas de operación, trabajar con distribuciones más amplias de tamaños de partícula y tratar un mayor caudal de caucho para un volumen dado. Por otro lado, gracias a la citada configuración, se requiere menos temperatura para llevar a cabo la pirólisis catalítica y, en consecuencia de todo ello, se reduce considerablemente las necesidades energéticas del proceso.
Ventajosamente, dicho reactor de configuración troncocónica invertida comprende una prolongación superior cilindrica de igual sección que la zona cónica que tiene la función de recoger los sólidos arrastrados por el gas que surge del centro del lecho.
Otra vez ventajosamente, la zona del reactor de pirólisis ocupada por el catalizador de craqueo y que conforma el lecho comprende un dispositivo central que consiste en dos anillos localizados uno en la zona superior de la cámara cónica y otro en la prolongación cilindrica superior. Dicho dispositivo permite tratar tanto materiales con distribuciones granulares estrechas (poca variación de diámetros de partículas) como mezclas muy heterogéneas, es decir, que permite pirolizar en una única operación fracciones granulométricas con distintos tamaños .
Preferentemente, la pared de dicho reactor comprende dichos medios para recoger el negro de humo separado. De este modo, las partículas de negro de humo, que son las que describen las trayectorias más amplias, son recogidas fácilmente en los medios dispuestos en la pared. Otra vez preferentemente, dichos medios para recoger el negro de humo comprenden medios para permitir la salida en continuo del negro de humo segregado. De este modo, la recuperación es muy eficiente y rentable. Ventajosamente, dicho reactor comprende medios para filtrar en caliente los gases generados en condiciones de reactor. De este modo se evita el arrastre de negro de humo y, por lo tanto, la contaminación de los gases de pirólisis.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompaña un dibujo en el que, esquemáticamente y sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización del reactor de pirólisis con el que puede llevarse a cabo dicho procedimiento.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
Los neumáticos susceptibles de ser tratados en el proceso de la presente invención serán preferentemente neumáticos usados, suministrados por empresas gestoras de residuos.
A continuación se describe una realización preferida del procedimiento en la que la operación de pirólisis se lleva a cabo sobre neumáticos a los que previamente se les ha quitado las fibras textiles y metálicas que contienen. En esta realización, el residuo de caucho y negro de humo procedente de los neumáticos es tratado en un reactor 1 de pirólisis que incluye el sistema de contacto de lecho en surtidor, y todo el gas procedente de la pirólisis es valorizado energéticamente como combustible en un equipo de cogeneración que produce energía eléctrica y energía térmica.
En una etapa inicial, el residuo de caucho y negro de humo es triturado al objeto de conseguir un material granular homogéneo en composición y granulometría que sea adecuado para alimentar al reactor 1 o reactor de pirólisis. Aunque el tamaño de partícula depende de la geometría del reactor 1, la tecnología de lecho en surtidor propuesta en esta realización permite trabajar con tamaños de partícula más grandes que los de otro tipo de reactores lo que supone un ahorro energético en esta etapa que repercute en el rendimiento energético final del proceso .
Una vez triturado, el residuo de caucho y negro de humo es introducido al reactor 1 a través de la abertura lateral 2 para llevar a cabo su pirólisis a baja temperatura en presencia de un catalizador de craqueo.
El tipo de catalizador y las condiciones en las que se lleva a cabo la pirólisis son las adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor, del caucho de los neumáticos, por lo que con el procedimiento de la presente invención, no se generan alquitranes y/o hidrocarburos pesados.
En la realización que se describe, el lecho de partículas de catalizador que se dispone en el interior del reactor 1 está preparado en base a zeolitas con buenas propiedades para el craqueo (HZSM5, β, HY) , y con un diámetro de partícula que depende de la geometría específica de dicho reactor 1. Tal y como se ha comentado en la descripción de la invención, la tecnología de lecho en surtidor está basada en la creación de un canal o chorro central de gas que obliga a las partículas a describir ciclos, evitando las zona muertas (sin circulación de material) . Sorprendentemente, esta tecnología aplicada al procedimiento de la presente invención, presenta la ventaja de que permite segregar fácilmente el negro de humo del lecho, sin necesidad de extraer el catalizador. Esto es debido al hecho de que el desplazamiento de las partículas varía en función de su densidad. Así, partículas de menor densidad, como por ejemplo el negro de humo, describen trayectorias más amplias en la fuente, por lo que éstas pueden ser discriminadas y separadas del resto, disponiendo, por ejemplo, un canal 3 en la pared del reactor 1 o reactor de pirólisis, tal y como puede verse en la figura adjunta.
Además, gracias al hecho de que el sistema de lecho en surtidor permite la operación en continuo del reactor, el canal 3 puede diseñarse a modo de rebosadero para permitir la salida en continuo del negro de humo.
Tal y como se aprecia en la misma figura, el reactor 1 de pirólisis con el que se lleva a cabo la realización del procedimiento que se describe, presenta una configuración tronco-cónica invertida 4 con una prolongación superior cilindrica 5 que tiene el objeto de recoger los sólidos arrastrados por el gas que surge del centro del lecho.
La sección tronco-cónica 4 del reactor 1 tiene unas dimensiones y un diseño de la entrada 6 de gas muy particulares que permiten conseguir la máxima eficacia de contacto gas-sólido, una mínima pérdida de carga y una uniformidad de los sólidos a tratar.
Así, se ha previsto que el ángulo de inclinación γ correspondiente a la parte troncocónica invertida 4 del reactor 1, esté comprendido entre 28° y 50°; y que la relación entre el diámetro de la entrada 6 de gas y el diámetro de la base 7 de la parte tronco-cónica 4, esté comprendida entre 1/2 y 5/6. También se ha previsto que el caudal de gas a la entrada 6 sea entre 1.5 y 2 veces superior al correspondiente a una velocidad mínima predeterminada, dependiendo de las propiedades especificas del material que conforma el lecho y de los factores geométricos del propio reactor 1.
Por lo que se refiere al tamaño de las partículas que conforman el lecho, se ha visto que la relación entre el diámetro de la entrada 6 del gas al reactor 1 y el diámetro de dichas partículas debe de estar comprendida preferentemente entre 2 y 30. Cuando la relación entre el diámetro de la entrada 6 y el diámetro de partícula es superior a 30 se requiere utilizar un dispositivo central 8 que guie el gas de entrada hasta la superficie del lecho y abra el chorro central requerido para el movimiento cíclico. Este dispositivo 8 consiste en dos anillos 9,10 del mismo diámetro que la entrada 6 de la cámara 1 de pirólisis. Uno de ellos está enrasado a la parte superior del cono 4 y el otro está por encima del cono 4. Ambos 9,10 están sujetos mediante tres nervaduras 11 a la base 7 de la cámara o reactor 1. La finalidad del anillo 9 inferior es lograr la apertura del canal central y la consiguiente estabilidad del lecho. El anillo 10 superior evita que la altura de la fuente sea excesivamente elevada, situación que se da cuando las partículas son ligeras o pequeñas. Además, para evitar el arrastre de los materiales finos se dispone un bafle 12 en la parte superior de la sección cilindrica 5.
El dispositivo central 8 descrito en el párrafo anterior presenta la ventaja de que permite tratar tanto materiales con distribuciones granulares estrechas (poca variación de diámetros de partículas) como mezclas muy heterogéneas, es decir, que permite pirolizar en una única operación fracciones granulométricas con distintos tamaños .
Sorprendentemente, el proceso que se propone en la presente invención posibilita, por un lado, la conversión completa a gas de todo el caucho de los neumáticos y, por otro, la separación en continuo del reactor de pirólisis del negro de humo a través del canal/rebosadero 3.
En la realización que se describe, a la salida del reactor 1, todo el gas de pirólisis es recuperado y enfriado para obtener hidrocarburos (mayoritariamente en fase liquida) susceptibles de ser empleados en el equipo o equipos de cogeneración para la producción de energía eléctrica, después de ser purificados. De este modo, todo el caucho de los neumáticos es valorizado energéticamente mediante el sistema de cogeneración.
Al objeto de optimizar dicha valorización energética, el catalizador de craqueo empleado se selecciona para obtener hidrocarburos y, preferentemente, hidrocarburos de un tamaño molecular tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono.
Para llevar a cabo la cogeneración termoeléctrica se emplearán, preferentemente, dos tipos de equipo, uno que emplea hidrocarburos en estado gas y otro, hidrocarburos en estado líquido. Dichos equipos pueden realizar la cogeneración ya sea mediante el sistema de motores alternativos de combustión interna como mediante el sistema de ciclo combinado que emplea turbinas de gas y vapor y una caldera. De hecho, cualquier sistema susceptible de generar electricidad y energía térmica a partir de un combustible puede ser adecuado.
En la realización que se describe, una parte del gas de pirólisis producido es recirculado hasta el reactor 1 de pirólisis para mover el lecho y aportar calor. La energía térmica para mantener el nivel de temperatura de los gases de pirólisis recirculados se obtiene a partir de la post-combustión de los gases de escape de los equipos de cogeneración, puesto que, tal y como es conocido, la temperatura de dichos gases (humos a 42O0C con un 12% de oxígeno) puede incrementarse hasta 6000C realizando una post-combustión mediante la aportación adicional de oxigeno .
La recirculación de gas de pirólisis a 6000C presenta la ventaja de que permite mantener autotérmicamente la operación de pirólisis sin necesidad de realizar un aporte externo de calor, lo que incrementa enormemente el rendimiento energético de la planta y posibilita que el procedimiento sea autosuficiente desde el punto de vista energético. Al objeto de aprovechar al máximo el calor procedente de los equipos de cogeneración, se ha previsto un sistema que recupera el calor de los circuitos de refrigeración de los motores alternativos del equipo de cogeneración y de los humos de combustión de dichos motores, o de los condensados de la turbina de vapor del ciclo combinado. De este modo, por ejemplo, puede obtenerse agua caliente para emplear en el equipo frigorífico de absorción que refrigera los gases de pirólisis a la salida del reactor. Tanto la energía térmica como la energía eléctrica generada con el equipo de cogeneración pueden emplearse también para satisfacer necesidades térmicas de procesos paralelos de tratamiento de residuos o productos, incrementándose, aún más, el rendimiento energético del proceso, asi como su rentabilidad económica. En la realización que se describe, una parte de la energía térmica procedente de la cogeneración se emplea para obtener agua potable mediante un sistema de desalinización de agua salobre por evaporación térmica multietapa que utiliza agua caliente obtenida de los gases de escape de los motores alternativos de los equipos de cogeneración.
El proceso que se describe prevé también la recuperación y concentración del dióxido de carbono de los humos de combustión de los equipos de cogeneración, mediante un sistema de absorción y extracción química que, preferiblemente, emplea como absorbedor una solución de monoetanolamina al 30%. El gas de salida del sistema se enfria y comprime hasta que el dióxido de carbono se licúa para posteriormente almacenarlo en tanques. La riqueza del gas obtenido supera el 99,8% de dióxido de carbono.
Sorprendentemente, el proceso de la presente invención constituye un proceso integral de tratamiento de neumáticos que recupera integramente el negro de humo y, además, permite obtener energía eléctrica, y otros productos como por ejemplo, agua potable y dióxido de carbono liquido.
El proceso de tratamiento es también muy rentable económicamente, puesto que con él puede tratarse una cantidad importante de neumáticos con el máximo rendimiento energético y material, por lo que constituye una alternativa real al vertido de neumáticos.
A titulo de ejemplo, mediante dicho proceso pueden tratarse hasta 63,000 t/año de neumáticos a partir de los que se puede obtener los siguientes productos y energía:
Negro de humo: 14,742 t/año
Energía eléctrica: 14,490,000 kWh/año
Agua potable: 110,250 m3/año
Dióxido de carbono: 4,057 t/año

Claims

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