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 42O ⁰ C con un 12% de oxígeno) puede incrementarse hasta 600 ⁰ C realizando una

post-combustión mediante la aportación adicional de oxigeno .

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 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 m ³ /año

Dióxido de carbono: 4,057 t/año