Tratamiento de gas de reciclaje para la transformación termoquímica directa de sustancias orgánicas de alto peso molecular en materias primas, combustibles y carburantes líquidos de baja viscosidad.

Procedimiento para la transformación termoquímica directa de al menos un reactante orgánico de alto peso molecular en productos orgánicos de bajo peso molecular que están presentes a temperatura ambiente como líquidos de baja viscosidad y son combustibles,

aplicándose como reactante sustancias y/o mezclas de sustancias que contienen carbono de macromoléculas de cadena larga y/o reticuladas, en forma de materias primas renovables así como sustancias residuales y de desecho, que presenta las etapas de procedimiento:

- facilitación del reactante, fracciones de producto difícilmente volátiles y al menos un gas reductor en un reactor,

- calentamiento brusco del reactante en el intervalo de segundos a la temperatura de reacción de 200 ºC a 600 ºC,

- transformación del reactante a la temperatura de reacción con aprovechamiento de la acción reductora del gas y/o efectos autocatalíticos de las fracciones de producto en productos de reacción en forma de vapor y gas de reacción,

- separación del gas de reacción mediante condensación con evacuación de los productos de reacción condensados, comprendiendo el gas de reacción separado

a) en caso de reactantes que contienen oxígeno, hidrógeno, metano así como eventualmente otros hidrocarburos, monóxido de carbono y dióxido de carbono y

b) en caso de reactantes sin oxígeno, hidrógeno, metano y eventualmente otros hidrocarburos,

- acondicionamiento del gas de reacción separado mediante exclusión de al menos una parte de la mezcla de gases y de forma adicional mediante aporte de hidrógeno y/u otra sustancia reductora, en particular en forma de monóxido de carbono o tetralina,

- reconducción del gas de reacción acondicionado al reactor para la generación simultánea de un efecto reductor, en particular de hidrogenación, para la transformación del reactante y/o un efecto de arrastre para la descarga del producto,

comprimiéndose y precalentándose el gas de reacción acondicionado antes de su reconducción al reactor.

Tratamiento de gas de reciclaje para la transformación termoquímica directa de sustancias orgánicas de alto peso molecular en materias primas, combustibles y carburantes líquidos de baja viscosidad

La invención se refiere a un procedimiento para la transformación termoquímica directa de sustancias orgánicas de alto peso molecular en productos de bajo peso molecular que están presentes a temperatura ambiente como líquidos de baja viscosidad y son combustibles. Además, la invención se refiere a un dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención.

Se denominan sustancias orgánicas de alto peso molecular las sustancias y mezclas de sustancias que contienen carbono de moléculas de cadena larga o reticuladas tal como aparecen, en particular, en materias primas renovables y en sustancias de reciclaje, tales como, por ejemplo, biomasa, desechos de madera, plantas, aceites vegetales, grasas animales, harina de huesos, aceites usados, desechos de plástico y lodo de clarificación. Estas sustancias o mezclas de sustancias forman los reactantes o materiales en bruto preferentes para el procedimiento de acuerdo con la invención.

En el caso de los productos de bajo peso molecular pretendidos o productos objetivo que están presentes a temperatura ambiente en forma de líquidos de baja viscosidad y que son combustibles se trata, en particular, de hidrocarburos de alta calidad, lo más puros posibles, tales como combustibles y carburantes petroquímicos, con una proproción de heteroátomos (oxígeno, azufre, nitrógeno, halógenos, fósforo, etc.) solo reducida, determinándose el valor intrínseco de los productos objetivo por la proporción de hidrocarburos y ascendiendo con la misma.

Por el estado de la técnica son conocidos procedimientos para la transformación termoquímica directa de sustancias orgánicas de alto peso molecular en productos de bajo peso molecular y dispositivos adecuados para esto. En estos procedimientos, denominados también licuefacción directa, se craquean o acortan macromoléculas de sólidos orgánicas a de temperaturas comparativamente bajas a aproximadamente 5 °C hasta que las longitudes de la moléculas estén en el intervalo del líquido de baja viscosidad respectivamente deseado, el denominado aceite de producto como producto objetivo.

Frente a procedimientos de craqueo convencionales en la fase de vapor de un reactor de transformación, por tanto, ha resultado particularmente ventajoso que las reacciones de craqueo se realicen con precalentamiento de los reactantes, eventualmente incluyendo los catalizadores sólidos necesarios y con entremezclado intenso de los componentes de la reacción en la fase de fondo del reactor. A este respecto, la temperatura de precalentamiento se rige por la temperatura de craqueo o la temperatura de reacción y preferentemente se selecciona más baja que la misma.

En combinación con esta conducción del procedimiento se calienta la mezcla de reacción mediante un calentamiento brusco en el intervalo de segundos a la temperatura de reacción, lo que se posibilita por la facilitación directa de los reactantes precalentados en forma triturada a la fase de fondo del reactor y el entremezclado intenso.

Las fracciones de producto difícilmente volátiles que se producen además como producto de reacción en el reactor así como los constituyentes inorgánicos de los reactantes tienen una acción autocatalítica, lo que tiene un efecto ventajoso sobre los parámetros de reacción duración, presión y temperatura. Mediante una reconducción prevista de acuerdo con el estado de la técnica de estas fracciones de producto difícilmente volátiles presentes como aceites pesados líquidos al reactor se asegura el mantenimiento de la acción autocatalítica con ahorro de catalizadores adicionales.

Un procedimiento de este tipo se describe en la solicitud de patente DE-A1-12 15 679 que se llevó a cabo con colaboración de uno de los presentes inventores. Según la misma se realiza la transformación termoquímica o licuefacción directa de los reactantes orgánicos de alto peso molecular a los productos objetivo de bajo peso molecular de alta calidad mencionados mediante una reacción en fase de fondo a temperaturas entre 35 °C y 5 °C con aprovechamiento de los efectos autocatalíticos mencionados de las fracciones de producto difícilmente volátiles conducidas en circuito y, además, con aprovechamiento de un control del tiempo de permanencia selectivo, orientado al producto, a saber, con retirada inmediata y dirigida de los productos de craqueo de la zona de reacción en cuanto sus longitudes de molécula hayan alcanzado el intervalo del producto objetivo deseado. Este control del tiempo de permanencia selectivo, orientado al producto, se realiza mediante la destilación y arrastre que aparecen simultáneamente a la temperatura de ebullición de la mezcla de reacción en el reactor, retirándose los componentes evaporables o volátiles, por un lado, mediante transición por destilación a la fase de vapor de la mezcla de reacción y pasándose, por otro lado, mediante una corriente de gas portador de la fase líquida a la fase gas.

En caso de reactantes con carencia de hidrógeno y/o con una parte elevada de heteroátomos se conduce un gas de hidrogenación y/o reductor, preferentemente hidrógeno y/o monóxido de carbono como corriente de gas portador a través de la fase líquida en el reactor, lo que conlleva una reducción de la presión de reacción y una reducción de la necesidad de catalizador de hidrogenación. A este respecto, el hidrógeno sirve para la estabilización de los productos de craqueo y para la mejora de la calidad del aceite de producto. La acción de hidrogenación del hidrógeno, no obstante, aparece solamente con una presión de reacción elevada que, a su vez, depende del reactante. En caso de reactantes con una reducida proporción de heteroátomos, por tanto, una gran similitud

química entre el reactante y el producto objetivo, se puede prescindir tanto de la conducción del procedimiento a sobrepresión como al componente de hidrógeno en el gas de reacción. En tales casos, la transformación termoquímica se realiza preferentemente a presión de reacción reducida o a presión negativa en el reactor.

La mezcla de reacción está presente en el reactor, por norma general, en una fase gas-vapor, una fase liquida y una fase sólida. La fase gas-vapor, a este respecto, está compuesta del gas de reacción y los productos de reacción en forma de vapor. El gas de reacción comprende productos secundarios de las reacciones de craqueo asi como, eventualmente, otros componentes, por ejemplo, el gas de hidrogenación hidrógeno. Los productos de reacción en forma de vapor están presentes en forma de hidrocarburos de aceite de producto evaporado y -dependiendo de los reactantes empleados- eventualmente vapor de agua. La fase liquida se forma por las fracciones de producto difícilmente volátiles presentes como aceites pesados líquidos, mientras que la fase sólida, además de residuos de reacción sólidos, presenta también catalizadores sólidos añadidos y reactantes no licuados.

De acuerdo con el documento DE-A1-12 15 679 se separa la fase gas-vapor mediante separación de fases de la fase liquida con la fase sólida suspendida en su interior. Entonces, esta fase líquida se pasa mediante separación de fases adicional a las fracciones de producto difícilmente volátiles que, a su vez, se reconducen al reactor. La fase gas-vapor separada se escinde mediante condensación a presión de reacción en el gas de reacción con partes reductoras y de hidrogenación y en los productos de reacción en forma de vapor con partes de aceite y agua condensables. Mediante separación se obtiene, de este modo, además del gas de producto aceite de producto, agua de producto y aerosol. A partir del gas de reacción obtenido de este modo se aísla mediante separación de gas la parte de hidrógeno y se devuelve en su totalidad al reactor como gas de hidrogenación. La parte de gas de reacción remanente, en caso necesario, se reconduce como gas de arrastre asimismo al reactor y/o se usa como gas de combustión para la obtención de energía de procedimiento, eventualmente después de compensación de presión o relajación en el caso de una conducción del procedimiento a sobrepresión. En el caso de que la transformación se realice a presión de reacción elevada, la misma proporciona por tanto también la presión previa necesaria para la separación de gas y contribuye, además, a una reducción de la energía de compresión necesaria para devolver el hidrógeno al reactor.

De los productos de reacción en forma de vapor, de acuerdo con la enseñanza del documento DE-A1-12 15 679, eventualmente después de relajación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la transformación termoquímica directa de al menos un reactante orgánico de alto peso molecular en productos orgánicos de bajo peso molecular que están presentes a temperatura ambiente como líquidos de baja viscosidad y son combustibles, aplicándose como reactante sustancias y/o mezclas de sustancias que contienen carbono de macromoléculas de cadena larga y/o reticuladas, en forma de materias primas renovables así como sustancias residuales y de desecho, que presenta las etapas de procedimiento:

- facilitación del reactante, fracciones de producto difícilmente volátiles y al menos un gas reductor en un reactor,

- calentamiento brusco del reactante en el intervalo de segundos a la temperatura de reacción de 2 °C a 6 °C,

- transformación del reactante a la temperatura de reacción con aprovechamiento de la acción reductora del gas y/o efectos autocatalíticos de las fracciones de producto en productos de reacción en forma de vapor y gas de reacción,

- separación del gas de reacción mediante condensación con evacuación de los productos de reacción condensados, comprendiendo el gas de reacción separado

a) en caso de reactantes que contienen oxígeno, hidrógeno, metano así como eventualmente otros hidrocarburos, monóxldo de carbono y dióxido de carbono y

b) en caso de reactantes sin oxígeno, hidrógeno, metano y eventualmente otros hidrocarburos,

- acondicionamiento del gas de reacción separado mediante exclusión de al menos una parte de la mezcla de gases y de forma adicional mediante aporte de hidrógeno y/u otra sustancia reductora, en particular en forma de monóxido de carbono o tetralina,

- reconducción del gas de reacción acondicionado al reactor para la generación simultánea de un efecto reductor, en particular de hidrogenación, para la transformación del reactante y/o un efecto de arrastre para la descarga del producto,

comprimiéndose y precalentándose el gas de reacción acondicionado antes de su reconducción al reactor.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la transformación del reactante en el reactor se realiza con una temperatura de reacción de 3 °C a 5 °C.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la transformación del reactante en el reactor se realiza a una presión de reacción absoluta de ,1 MPa a 3 MPa (de ,1 bar a 3 bar), en particular de ,1 MPa a 25 MPa (de 1 bar a 25 bar).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la transformación del reactante en el reactor se realiza en atmósfera de sobrepresión reductora, en particular de 2 a 25 MPa (de 2 a 25 bar).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los productos de reacción en forma de vapor y el gas de reacción se retiran de forma continua del reactor.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los reactantes se suministran de forma continua al reactor.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque de los productos de reacción condensados evacuados del circuito de gas de reacción se obtienen materias primas, combustibles y carburantes petroquímicos con una elevada proporción de hidrocarburos y una reducida viscosidad.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque de los productos de reacción condensados evacuados del circuito de gas de reacción se obtiene hidrógeno para el aporte al circuito de gas de reacción.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el hidrógeno durante la compresión del gas de reacción se reconduce al circuito de gas de reacción.

1. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el gas de reacción acondicionado se usa para el aporte neumático del reactante al reactor.

11. Dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 1, que presenta un circuito de gas de reacción para la conducción de productos de reacción en forma de gas con al menos

- un reactor (1) para la realización de reacciones de transformación termoquímicas de una mezcla de reactor en el reactor,

- un medio (2) para la licuefacción de productos de reacción en forma de vapor,

- un medio (3) para la separación de productos de reacción líquidos y gas de reacción,

- un medio para el calentamiento brusco del reactante en el intervalo de segundos a la temperatura de reacción

de 2 °C a 6 °C,

- medios para el acondicionamiento del gas de reacción (4, 5) separado para el ajuste de un efecto reductor, en particular de hidrogenación y/o arrastre del gas de reacción en el reactor, que comprende medios para la exclusión de una parte de la mezcla de gases y

- de forma adicional dispuestos en el circuito de gas de reacción en dirección del flujo por delante o detrás,

medios para el aporte de hidrógeno y/u otra sustancia reductora y

- medios para la reconducción del gas de reacción acondicionado al reactor, caracterizado porque

el circuito de gas de reacción está configurado estable a presión elevada y presenta medios para el 1 calentamiento del gas y

porque están previstos medios de compresión (6) para la compensación de pérdidas de presión en el circuito de gas de reacción.