PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO DE ENVASES TIPO BRIK, EN

ESPECIAL DEL RESIDUO DE METAL Y PLáSTICO QUE COMPRENDEN DICHOS ENVASES, Y REACTOR DE PIRóLISIS PARA LLEVAR A CABO

DICHO PROCEDIMIENTO

La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de envases tipo BRIK, en especial del residuo de metal y plástico que comprenden dichos envases, y a un reactor de pirólisis para llevar a cabo dicho procedimiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Los envases tipo BRICK, como por ejemplo los denominados comercialmente con la marca TetraBRIK, están formados por un material compuesto por una hoja de aluminio recubierta por ambas caras con una película de plástico, habitualmente polietileno de baja densidad, que a su vez está recubierta por una capa exterior de papel. Actualmente, el reciclaje de los envases tipo BRICK pasa por la recuperación de la capa exterior de papel, proceso que resulta relativamente fácil. Sin embargo, la recuperación de la capa de plástico y de metal resulta muy difícil de llevar a cabo y económicamente muy poco rentable, por lo que las láminas de aluminio y plástico constituyen un residuo que acaba gestionándose mediante depósito en vertedero.

La patente española ES 2130040 describe un procedimiento de reciclaje de envases usados tipo BRIK que pretende la recuperación del aluminio y la valorización energética del plástico que comprenden dichos residuos. El proceso descrito en la citada patente propone realizar la pirólisis a baja temperatura del residuo de aluminio y plástico de dichos envases. En la citada patente, el producto a tratar se hace

pasar por una cámara cuyas paredes se encuentran a una temperatura comprendida entre 300 ⁰ C y 500 ⁰ C. Dichas paredes están inclinadas para recoger en un recipiente la fracción pesada (ceras) de la pirólisis del plástico mientras que la fracción ligera (gases combustibles) se arrastra mediante la utilización de un gas inerte hasta un colector .

El recorrido que realiza el residuo en el reactor se ha previsto suficientemente largo de forma que al final queda el aluminio libre de polietileno. Dicho reactor contiene una serie de platos por cuyo interior circula el gas de calentamiento. La superficie superior de los platos es cóncava, con un orificio en el vértice por el que pasa el eje y en el que escurre la fracción pesada de la pirólisis que se recoge aparte del aluminio. Las láminas de aluminio que quedan sobre los platos son empujadas por un rastrillo de un plato superior a otro inferior.

El proceso descrito en la citada patente española presenta el inconveniente de que resulta muy complejo y muy poco eficiente desde el punto de vista energético y material. El reactor es complejo y el proceso produce ceras que deben ser tratadas posteriormente para su aprovechamiento energético o material. Además, dadas las particularidades del proceso, estas ceras se contaminan fácilmente con el aluminio depositado en los platos.

DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento y reactor para el tratamiento de envases tipo BRICK que es muy simple y altamente eficiente desde el punto de vista energético y material.

De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para el tratamiento

de envases tipo BRICK, en especial del residuo de metal y plástico que comprenden dichos envases, que comprende la etapa de llevar a cabo la pirólisis de dicho residuo y la etapa de recuperar dicho metal procedente de la pirólisis del residuo. El procedimiento se caracteriza por el hecho de que dicha pirólisis se lleva a cabo en presencia de un catalizador de craqueo y en unas condiciones adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor, del plástico que comprende dicho residuo, y por el hecho de que comprende, además, la etapa de recuperar dicho gas para su aprovechamiento energético y/o material.

Sorprendentemente, el procedimiento de la presente invención presenta la ventaja de que permite recuperar de una manera simple y muy eficiente todo el metal de los envases, puesto que todo el plástico del residuo es convertido a gas susceptible de ser aprovechado, ya sea para su valorización energética o material, por lo que no se generan ceras que deban tratarse posteriormente. De este modo, el metal puede ser separado para su recuperación en el mismo reactor de pirólisis, sin necesidad de realizar tratamientos posteriores y, por otro lado, el gas obtenido puede ser recuperado fácilmente para su valorización.

Preferentemente, dicho metal es aluminio y, otra vez, preferentemente la pirólisis del procedimiento de la presente invención se lleva a cabo mediante el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor.

Por sistema de contacto de lecho en surtidor se entenderá el sistema que consiste básicamente en disponer el sólido a tratar (plástico y metal, en este caso) en un lecho por cuya base entra el gas de arrastre, y en utilizar, en lugar de la clásica placa distribuidora característica de los lechos fluidizados, un orificio a través del que pasa dicho gas, abriendo un canal por el que asciende. De esta manera el sólido a tratar, que puede

ser alimentado por la parte superior, está circulando cubriendo un ciclo compuesto por una etapa descendente en la zona anular del lecho que rodea al referido canal, y una etapa ascendente en la zona del canal, impulsado por el gas .

El sistema de contacto de lecho en surtidor aplicado al proceso de pirólisis del procedimiento descrito ofrece numerosas ventajas. De entre ellas, la más sorprendente, es el hecho de que permite segregar fácilmente el metal del lecho, sin necesidad de extraer el catalizador. En efecto, el sistema de lecho en surtidor posibilita que las partículas sean segregadas en función de su densidad o tamaño, puesto que las partículas de menor densidad, como por ejemplo el aluminio, describen trayectorias más amplias en la fuente, por lo que éstas pueden ser recogidas disponiendo, por ejemplo, un canal inclinado en la pared del reactor de pirólisis.

Otra ventaja del sistema de lecho en surtidor está en el hecho de que posibilita la operación en continuo del reactor, de modo que no es necesario detener la operación para realizar la carga de sólido a tratar y la descarga del catalizador.

El sistema de lecho en surtidor presenta además otras ventajas. Entre ellas, el hecho de que permite tratar eficazmente sólidos de textura irregular y con tendencia a la aglomeración, características que son comunes a los materiales granulares (por ejemplo, residuos de tipo plástico) , ya que la acción de la alta velocidad en dicho sistema rompe los aglomerados. De igual modo, se pueden procesar partículas de mayor tamaño que las que se procesan en los sistemas de lecho fluidizado.

Según una realización preferida de la presente invención, dicho catalizador de craqueo se selecciona para obtener hidrocarburos y dicho aprovechamiento energético del gas recuperado comprende la etapa de generar energía

eléctrica mediante un equipo de cogeneración alimentado sustancialmente a partir de hidrocarburos procedentes de dicho gas.

Gracias a estas características, el procedimiento de la presente invención presenta la ventaja de que tiene un rendimiento energético muy elevado y es muy rentable económicamente, puesto que todo el plástico del residuo se convierte en un combustible (líquido o gaseoso) preparado para emplear en el equipo de cogeneración que produce energía eléctrica y energía térmica.

En la presente invención por equipo de cogeneración, preferentemente, equipo de cogeneración termoeléctrica, se entenderá cualquier equipo o sistema susceptible de generar y aprovechar simultáneamente electricidad y calor a partir de un combustible líquido o gaseoso, ya sea mediante un equipo que utiliza motores alternativos, turbinas de gas, turbinas de vapor y/o células de combustible. El aprovechamiento "in situ" de la energía térmica permite unos rendimientos energéticos globales muy elevados.

Ventajosamente, dicho catalizador se selecciona para obtener hidrocarburos de un tamaño molecular adecuado para emplear como combustible en dicho equipo de cogeneración y, preferentemente, el tamaño molecular de dichos hidrocarburos es tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono. Otra vez ventajosamente, dicho catalizador comprende zeolitas con buenas propiedades para el craqueo

Preferentemente, el procedimiento comprende la etapa de recuperar el dióxido de carbono de los gases de combustión de dicho equipo de cogeneración y, ventajosamente, dicha recuperación se lleva a cabo mediante un sistema de absorción y extracción química.

Gracias a estas características, la rentabilidad económica y el rendimiento energético y material del

proceso de la presente invención es todavía más elevado, puesto que se obtiene también dióxido de carbono líquido, útil para emplear como materia prima en diversos procesos industriales . Ventajosamente, dicho procedimiento comprende la etapa de recircular una parte del gas generado en la pirólisis para la fluidización del lecho y para el aporte de calor, siendo mantenida la temperatura de dicho gas recirculado mediante energía térmica procedente de la post-combustión de los gases de escape de dicho equipo de cogeneración . Gracias a ello, la operación de pirólisis puede mantenerse autotérmicamente sin necesidad de realizar un aporte externo de calor, por lo que el proceso puede ser autosuficiente . Otra vez ventajosamente, el proceso comprende la etapa de enfriar el gas generado en condiciones de reactor para obtener los hidrocarburos que alimentan dicho equipo de cogeneración, y dicho enfriamiento se lleva a cabo mediante un equipo frigorífico de absorción que emplea energía térmica, preferentemente agua caliente, procedente del mismo equipo de cogeneración.

De nuevo ventajosamente, el metal y plástico de los envases es triturado, lavado y secado antes de proceder a su pirólisis, y la energía térmica necesaria para llevar a cabo dicho secado procede de dicho equipo de cogeneración .

Preferentemente, el procedimiento comprende la etapa de utilizar energía térmica procedente de dicho equipo de cogeneración para satisfacer necesidades térmicas de por lo menos un proceso paralelo de tratamiento de residuos o productos.

Ventajosamente, dicho proceso paralelo comprende la etapa de desalar aguas salobres mediante un sistema de desalinización por evaporación térmica y/o la etapa de tratar los productos celulósicos procedentes de dichos

envases. De este modo, el proceso presenta la ventaja de que, además de energía eléctrica, puede generar agua potable de excelente calidad, y la ventaja de que los residuos celulósicos procedentes de la cubierta de cartón que tienen los envases tipo BRICK pueden ser tratados aprovechando la energía generada con el equipo de cogeneración .

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención proporciona un reactor de pirólisis para llevar a cabo el procedimiento reivindicado. Dicho reactor comprende medios para recoger el metal procedente de la pirólisis del residuo, y se caracteriza por el hecho de que comprende, además, el sistema de contacto denominado de lecho en surtidor que permite segregar el metal del lecho sin necesidad de extraer el catalizador.

Gracias a estas características, sorprendentemente se obtiene un reactor que permite segregar el metal, preferentemente aluminio, de dichos envases de un modo muy fácil y eficiente. El sistema de lecho en surtidor posibilita que las partículas sean segregadas en función de su densidad o tamaño, puesto que las partículas de menor densidad, como por ejemplo el aluminio, describen trayectorias más amplias en la fuente. Según una realización preferida, dicho reactor comprende una pared con una configuración tronco-cónica invertida, comprendiendo la parte inferior de dicha pared la entrada de gas para mover el lecho. Dicha configuración mejora la eficiencia de la operación de pirólisis, puesto que permite aumentar el intervalo de caudal de gas de operación, trabajar con distribuciones más amplias de tamaños de partícula y tratar un mayor caudal de caucho para un volumen dado. Por otro lado, gracias a la citada configuración, se requiere menos temperatura para llevar a cabo la pirólisis catalítica y, en consecuencia de todo

ello, se reduce considerablemente las necesidades energéticas del proceso.

Ventajosamente, dicho reactor de configuración troncocónica invertida comprende una prolongación superior cilindrica de igual sección que la zona cónica que tiene la función de recoger los sólidos arrastrados por el gas que surge del centro del lecho (plástico, metal y catalizador) .

Otra vez ventajosamente, la zona del reactor de pirólisis ocupada por el catalizador de craqueo y que conforma el lecho comprende un dispositivo central que consiste en dos anillos localizados uno en la zona superior de la cámara cónica y otro en la prolongación cilindrica superior. Dicho dispositivo permite tratar tanto materiales con distribuciones granulares estrechas (poca variación de diámetros de partículas) como mezclas muy heterogéneas, es decir, que permite pirolizar en una única operación fracciones granulométricas con distintos tamaños . Preferentemente, la pared de dicho reactor comprende dichos medios para recoger el metal separado. De este modo, las partículas de metal que son las que describen las trayectorias más amplias, son recogidas fácilmente en los medios dispuestos en la pared. Otra vez preferentemente, dichos medios para recoger el metal comprenden medios para permitir la salida en continuo del metal segregado. De este modo, la recuperación del metal es muy eficiente y rentable.

Ventajosamente, dicho reactor comprende medios para filtrar en caliente los gases generados en condiciones de reactor. De este modo se evita el arrastre de metal y, por lo tanto, la contaminación de los gases de pirólisis con el metal.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompaña un dibujo en el que, esquemáticamente y sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización del reactor de pirólisis con el que puede llevarse a cabo dicho procedimiento.

DESCRIPCIóN DE UNA REALIZACIóN PREFERIDA

Los envases susceptibles de ser tratados en el proceso de la presente invención serán preferentemente envases usados tipo BRICK suministrados por empresas gestores de residuos.

Tal y como se ha comentado anteriormente, los envases tipo BRICK que se conocen actualmente están formados por un material compuesto por una hoja de metal, hasta ahora aluminio, recubierta por ambas caras con una película de plástico, habitualmente polietileno de baja densidad, que a su vez está recubierta por una capa exterior de papel cartón. Dicha capa de papel cartón es fácilmente separable mediante equipos que emplean agua (por ej . : hidropulper) , para generar una pasta de cartón que es susceptible de ser aprovechada por la industria papelera .

Una vez separada la capa de papel, las láminas de aluminio y plástico de los envases constituyen el residuo objeto de tratamiento del procedimiento de la presente invención .

A continuación se describe una realización preferida del procedimiento en la que el residuo es tratado en un reactor 1 de pirólisis que incluye el sistema de contacto de lecho en surtidor y en la que el gas procedente de la pirólisis es valorizado energéticamente como combustible de un equipo de cogeneración que produce energía eléctrica y energía térmica.

En una etapa inicial, las láminas de aluminio y plástico son lavadas, secadas con aire caliente y trituradas al objeto de conseguir un material granular homogéneo en composición y granulometria que sea adecuado para alimentar al reactor 1 o reactor de pirólisis. Aunque el tamaño de partícula depende de la geometría del reactor 1, la tecnología de lecho en surtidor propuesta en esta realización permite trabajar con tamaños de partícula más grandes que los de otro tipo de reactores lo que supone un ahorro energético en esta etapa que repercute en el rendimiento energético final del proceso.

Las aguas de lavado del residuo (láminas de aluminio y plástico) son tratadas en una depuradora y los lodos generados en ésta, también secados con aire caliente y enviados a vertedero de inertes.

Una vez lavadas, secadas y trituradas, dichas láminas de aluminio y plástico son introducidas al reactor 1 a través de la abertura lateral 2 para llevar a cabo su pirólisis a baja temperatura en presencia de un catalizador de craqueo.

El tipo de catalizador y las condiciones en las que se lleva a cabo la pirólisis son las adecuadas para permitir la conversión total a gas, en condiciones de reactor, del plástico que presentan las citadas láminas, por lo que con el procedimiento de la presente invención, no se generan ceras .

En la realización que se describe, el lecho de partículas de catalizador que se dispone en el interior de reactor 1 está preparado en base a zeolitas con buenas propiedades para el craqueo (HZSM5, β, HY) , y con un diámetro de partícula que depende de la geometría específica de dicho reactor 1.

Tal y como se ha comentado en la descripción de la invención, la tecnología de lecho en surtidor está basada en la creación de un canal o chorro central de gas que

obliga a las partículas a describir ciclos, evitando las zonas muertas (sin circulación de material) . Sorprendentemente, esta tecnología aplicada al procedimiento de la presente invención, presenta la ventaja de que permite segregar fácilmente el aluminio del lecho, sin necesidad de extraer el catalizador. Esto es debido al hecho de que el desplazamiento de las partículas varía en función de su densidad. Así, partículas de menor densidad, como por ejemplo el aluminio, describen trayectorias más amplias en la fuente, por lo que éstas pueden ser discriminadas y separadas del resto, disponiendo, por ejemplo, un canal 3 en la pared del reactor 1 o reactor de pirólisis, tal y como puede verse en la figura adjunta. Además, gracias al hecho de que el sistema de lecho en surtidor permite la operación en continuo del reactor, el canal 3 puede diseñarse a modo de rebosadero para permitir la salida en continuo del aluminio.

Tal y como se aprecia en la misma figura, el reactor 1 de pirólisis con el que se lleva a cabo la realización del procedimiento que se describe, presenta una configuración tronco-cónica invertida 4 con una prolongación superior cilindrica 5 que tiene el objeto de recoger los sólidos arrastrados por el gas que surge del centro del lecho.

La sección tronco-cónica 4 del reactor 1 tiene unas dimensiones y un diseño de la entrada 6 de gas muy particulares que permiten conseguir la máxima eficacia de contacto gas-sólido, una mínima pérdida de carga y una uniformidad de los sólidos a tratar.

Así, se ha previsto que el ángulo de inclinación γ correspondiente a la parte troncocónica invertida 4 del reactor 1, esté comprendido entre 28° y 50°; y que la relación entre el diámetro de la entrada 6 de gas y el diámetro de la base 7 de la parte tronco-cónica 4, esté

comprendida entre 1/2 y 5/6. También se ha previsto que el caudal de gas a la entrada 6 sea entre 1.5 y 2 veces superior al correspondiente a una velocidad mínima predeterminada, dependiendo de las propiedades específicas del material que conforma el lecho y de los factores geométricos del propio reactor 1.

Por lo que se refiere al tamaño de las partículas que conforman el lecho, se ha visto que la relación entre el diámetro de la entrada 6 del gas al reactor 1 y el diámetro de dichas partículas debe de estar comprendida preferentemente entre 2 y 30. Cuando la relación entre el diámetro de la entrada 6 y el diámetro de partícula es superior a 30 se requiere utilizar un dispositivo central 8 que guíe el gas de entrada hasta la superficie del lecho y abra el chorro central requerido para el movimiento cíclico. Este dispositivo 8 consiste en dos anillos 9,10 del mismo diámetro que la entrada 6 de la cámara 1 de pirólisis. Uno de ellos está enrasado a la parte superior del cono 4 y el otro está por encima del cono 4. Ambos 9,10 están sujetos mediante tres nervaduras 11 a la base 7 de la cámara o reactor 1. La finalidad del anillo 9 inferior es lograr la apertura del canal central y la consiguiente estabilidad del lecho. El anillo 10 superior evita que la altura de la fuente sea excesivamente elevada, situación que se da cuando las partículas son ligeras o pequeñas. Además, para evitar el arrastre de los materiales finos se dispone un bafle 12 en la parte superior de la sección cilindrica 5.

El dispositivo central 8 descrito en el párrafo anterior presenta la ventaja de que permite tratar tanto materiales con distribuciones granulares estrechas (poca variación de diámetros de partículas) como mezclas muy heterogéneas, es decir, que permite pirolizar en una única operación fracciones granulométricas con distintos tamaños .

Sorprendentemente, el proceso que se propone en la presente invención posibilita, por un lado, la conversión completa a gas de todo el plástico del residuo y, por otro, la separación en continuo del aluminio en el reactor 1 a través del canal/rebosadero 3.

En la realización que se describe, a la salida del reactor 1, todo el gas de pirólisis es recuperado y enfriado para obtener hidrocarburos (en fase gas o liquida) susceptibles de ser empleados en el equipo o equipos de cogeneración para la producción de energía eléctrica. De este modo, todo el plástico del residuo tratado es valorizado energéticamente.

Al objeto de optimizar dicha valorización energética, el catalizador de craqueo empleado se selecciona para obtener hidrocarburos y, preferentemente, hidrocarburos de un tamaño molecular tal que las moléculas tienen menos de 25 átomos de carbono.

Para llevar a cabo la cogeneración se emplearán, preferentemente, dos tipos de equipo, uno que emplea hidrocarburos en estado gas y otro, hidrocarburos en estado líquido. Dichos equipos pueden realizar la cogeneración ya sea mediante el sistema de motores alternativos de combustión interna como mediante el sistema de ciclo combinado que emplea turbinas de gas y vapor y una caldera. De hecho, cualquier sistema susceptible de generar electricidad y energía térmica a partir de un combustible puede ser adecuado.

En la realización que se describe, una parte del gas de pirólisis producido es recirculado hasta el reactor 1 de pirólisis para mover el lecho y aportar calor. La energía térmica para mantener el nivel de temperatura de los gases de pirólisis recirculados se obtiene a partir de la post-combustión de los gases de escape de los equipos de cogeneración, puesto que, tal y como es conocido, la temperatura de dichos gases (humos a

42O ⁰ C con un 12% de oxígeno) puede incrementarse hasta 600 ⁰ C realizando una post-combustión mediante la aportación adicional de oxígeno.

La recirculación de gas de pirólisis a 600 ⁰ C presenta la ventaja de que permite mantener autotérmicamente la operación de pirólisis sin necesidad de realizar un aporte externo de calor, lo que incrementa enormemente el rendimiento del proceso, y posibilita que éste sea autosificiente desde el punto de vista energético.

Al objeto de aprovechar al máximo el calor procedente de los equipos de cogeneración, se ha previsto que la energía térmica necesaria para realizar el secado tanto del residuo de aluminio y plástico como de los lodos de la depuradora de aguas, se obtenga a partir de un sistema que recupera el calor de los circuitos de refrigeración de los motores alternativos del equipo de cogeneración y de los humos de combustión de dichos motores, o de los condensados de la turbina de vapor del ciclo combinado.

De igual modo, se ha previsto que el enfriamiento de los gases de pirólisis para obtener hidrocarburos se lleve a cabo mediante un equipo frigorífico de absorción que emplea agua caliente procedente del equipo de cogeneración del proceso.

Tanto la energía térmica como la energía eléctrica generada con el equipo de cogeneración pueden emplearse también para satisfacer necesidades térmicas de procesos paralelos de tratamiento de residuos o productos. De este modo se incrementa, aún más, el rendimiento energético del proceso, así como su rentabilidad económica.

En la realización que se describe, una parte de la energía térmica procedente de la cogeneración se emplea para obtener agua potable mediante un sistema de desalinización de agua salobre por evaporación térmica

multietapa que utiliza agua caliente obtenida de los gases de escape de los motores alternativos de los equipos de cogeneración . Por otro lado, también una parte de la energía térmica y eléctrica generada por el proceso serán utilizadas para tratar los productos celulósicos procedentes de los envases.

Por último, el proceso que se describe prevé también la recuperación y concentración del dióxido de carbono de los humos de combustión de los equipos de cogeneración, mediante un sistema de absorción y extracción química que, preferiblemente, emplea como absorbedor una solución de monoetanolamina al 30%. El gas de salida del sistema se enfría y comprime hasta que el dióxido de carbono se licúa para posteriormente almacenarlo en tanques. La riqueza del gas obtenido supera el 99,8% de dióxido de carbono.

Sorprendentemente, el proceso de la presente invención constituye un proceso integral de tratamiento de envases tipo BRICK que recupera íntegramente el aluminio de dichos envases, y obtiene, además de energía eléctrica, también otros productos como por ejemplo, agua potable y dióxido de carbono líquido.

El proceso de tratamiento de la presente invención es muy rentable económicamente, puesto que permite tratar una cantidad importante de residuos con el máximo rendimiento energético y material, por lo que constituye una alternativa real al vertido del residuo de metal y plástico procedente de los envases tipo BRICK.

A título de ejemplo, mediante dicho proceso pueden tratarse hasta 15,000 t/año de envases tipo BRICK a partir de los que se puede obtener los siguientes productos y energía :

Pasta de papel: 10,687,500 Kg/año Aluminio: 3,562,500 Kg/año

Energía eléctrica: 9,783,302 kWh/año Agua potable: 636,741 m ³ /año Dióxido de carbono: 2,739 t/año