Utilización de la mezcla fundida de composición eutéctica de los cloruros de aluminio,

potasio y litio para la polimerización parcial de carbones bituminosos de alto volátil, según el esquema de la figura 1, con rendimientos aproximados al 60 %, para la obtención de un bitumen de color verde-grisáceo (compuesto por aproximadamente un 85% de solubles en piridina) aprovechable en la industria carboquímica como fuente de productos químicos valiosos como lubricantes, aceites, naftas, plásticos, cosméticos, pinturas asfálticas, etc

Procedimiento de depolimerización de bitumen mediante el uso de una composición eutéctica de cloruro de aluminio, potasio y litio.

El objeto principal de la presente invención es la depolimerización del carbón en materiales líquidos a través de procesos económicos; posibilitando un mayor aprovechamiento del carbón bituminoso de alto volátil como fuente de productos básicos para el sector químico-industrial, como lubricantes, aceites, naftas, plásticos, cosméticos, etc.; de pinturas asfálticas empleadas en el sector de la construcción; y de productos intermedios utilizados en distintas industrias manufactureras; entre otras aplicaciones.

El área técnica la que corresponde la invención descrita en esta memoria es la industria carboquímica.

Antecedentes de la invención

En base al interés creciente de las últimas décadas por un mejor aprovechamiento del carbón mediante su conversión en productos más sencillos, se han desarrollado diversas tecnologías, dentro de las cuáles destaca la depolimerización asistida por solventes, generalmente bases de Lewis nitrogenadas (Pande y Sharma, "Ethylenediamine-assisted solvent extraction of coal in N-methyl-2-pyrrolidinone: synergistic effect of ethylenediamine on extraction of coal in N-methyl-2-pyrrolidinone", Energy & Fuels, 2002, 16, pp. 194-204). Los mejores resultados, como era de esperar, se presentaron con la N-metil-2-pirrolidona o NMP (Lino et al., "Extraction of coals with CS2-N-methyl-2-pyrrolidinone mixed solvent at room temperature". Fuel 67, 2005, pp. 1639-1647), lo que se asocia el alto rendimiento de extracción de este solvente al fuerte carácter polar que presenta. Sin embargo, muy poco se encuentra en la literatura especializada sobre experiencias de depolimerización usando ácidos de Lewis (Koel et al., "Using neoteric solvents in oil shale studies", Pure Appl. Chem., 73, 2001, pp. 153-159), caso de los sistemas de sales fundidas. Estos sistemas han arrojado algunos resultados prometedores, pero es un campo que aún resulta nuevo.

Los resultados publicados (por ejemplo, Sheth et al., "Catalytic gasification of coal using eutectic salts: reaction kinectics with binary and ternary eutectic catalysts", Fuel 82, 2003, pp. 305-317) revelan entre otras cosas, que el carbón de partida utilizado es vital; así, extracciones óptimas en un carbón, dan resultados pobres en otros. Las razones de esta dependencia de los ensayos de depolimerización con la identidad del carbón deben buscarse en las diferencias en madurez, así como en la composición petrográfica, química, y en las diferentes impurezas minerales que catalizan o inhiben determinadas reacciones de depolimerización. La atención sobre este hecho ha sido poca, porque el interés se ha centrado sobre los carbones bituminosos, que son los que exhiben los mejores resultados y de los que se disponen las mayores reservas mundiales.

En tal sentido, otro trabajo (Shui et al., "Examination of the role of CS2 in the CS2/NMP mixed solvents to coal extraction", Fuel Proc. Technol., 2006, 87, pp. 185-190) establece que la N-metil-2-pirrolidona (NMP) es un buen solvente para la extracción de carbones bituminosos ya que el anillo de la pirrolidona interacciona fuertemente con anillos aromáticos, especialmente con los compuestos aromáticos policondensados. Asimismo, ciertas operaciones previas, efectuadas sobre el carbón antes de ser sometido a las extracciones, parece no favorecer los rendimientos de extracción: en tal sentido, se ha reportado que el precalentamiento del carbón con microondas puede ejercer efectos positivos sobre el rendimiento de extracción; igualmente, la desmineralización previa del carbón ocasiona un incremento en la cantidad de material extraído (Yamamoto et al., "Effects of Pretreatment of Akabira Bituminous Coals with SiCl4-Nal Reagents on Pyrolytic Behavior of Extracts", Chem. Letters, 1994, 1387).

El uso de la mezcla disulfuro de carbono-N-metil-2-pirrolidona incrementa los porcentajes en los rendimientos de extracción en 45-78% a temperatura ambiente; siendo una de las razones que explica este aumento en los porcentajes de la extracción es el hecho de que la presencia del disulfuro de carbono disminuye la viscosidad de la NMP (Takanohashi et al., "Extraction and swelling of low-rank coals with various solvents at room temperatura", Energy & Fuels 10, 1996, pp. 1128-1132).

Otros estudios recientes han ensayado la adición de ciertos compuestos para evaluar cambios en los porcentajes de rendimientos de extracción de carbones. Tal es el caso de quienes (Chen et al., "Pathway of TCNE interaction with coal to enhance its solubility in the NMP-CS2 mixed solvent", Energy & Fuels 13, 1999, pp. 1180-1183) reportaron que el tetracianoetileno (TCNE) es un aditivo efectivo en el mejoramiento de la solubilidad del carbón en la mezcla de solventes NMP-disulfuro de carbono (1:1, v/v), incrementando el rendimiento de extracción de un 60-65% a un 84-86%. Otros aditivos empleados fueron 7,7,8,8,8 tetracianoquinodimetano (TCQN) y p-fenilendiamina (PDA), para el cuál se obtuvo un incremento en el rendimiento de 51% a 81%. Tanto el TCNE como TCNQ son fuertes aceptores de electrones, mientras que el p-PDA es un fuere dador de electrones, por lo que las interacciones aceptor-dador de electrones con el carbón no son las responsables de los rompimientos en las asociaciones internas del material (Giray et al., "Increase of the extraction yields of coals by the addition of aromatic amines", Fuel 79, 1999, pp. 1553-1538).

No obstante, además de los problemas medioambientales derivados del uso de solventes orgánicos en la depolimerización de carbones bituminosos, los rendimientos en las extracciones del carbón han sido reportados dependientes de la capacidad de penetración que posea el solvente dentro de su estructura y la difusión de los extractos en el mismo, la cuál puede estar asociada a la viscosidad del solvente y a la naturaleza del carbón. Una de las complicaciones en el uso de NMP es su alta viscosidad, lo que trae como consecuencia una disminución en la velocidad de extracción. Es por esta razón que numerosos autores investigaron el área de mezcla de solventes (por ejemplo, Nishioka, "Dependence of solvent swelling on coal concentration: A theoretical investigation", Energy & Fuels 15, 2001, pp. 1270-1275).

Como consecuencia, se han estudiado de este modo otro tipo de solventes, donde aparecen los llamados solventes neotéricos, tales como fluidos supercríticos y líquidos iónicos; igualmente se ha investigado la extracción de carbones en sistemas de sales fundidas. El uso de estos nuevos sistemas de solventes, en especial los sistemas de sales fundidas, representa nuevas vías en la búsqueda de tecnologías que sean favorables al medio ambiente y está ganando importancia hoy día en el área de extracción de carbones bituminosos (Koel et al., "Using neoteric solvents in oil shale studies", Pure Appl. Chem., 73, 2001, pp. 153-159).

Se ha introducido en la literatura y documentación científica el término "solventes neotéricos", refiriéndose a líquidos iónicos y fluidos supercríticos con notables propiedades nuevas, que ofrecen potenciales aplicaciones industriales. Los solventes de fluidos supercríticos ya están siendo usados industrialmente en importantes procesos, pero los líquidos iónicos están siendo solo recientemente aplicados en esta área.

Se realizó la licuefacción de carbones bituminosos en presencia de sales fundidas bajo atmósfera de hidrógeno o deuterio a más de 650ºK (Nomura et al., "Liquefaction of Japanese bituminous Akabira coal catalyzed by molten salts under D2 atmosphere", Fuel Proc. Technol., 1995, 43, pp. 213-225). Sus resultados indican que las sales fundidas actúan como un dispersante de especies intermedias de materiales orgánicos del carbón y materiales catalíticos. Proponen que tanto un mecanismo iónico como de radicales contribuye para la licuefacción en ácidos de Lewis tipo mezclas de sales fundidas como cloruro de estaño-cloruro de zinc y cloruro potásico-cloruro de zinc.

Koel et al. (2001), en su obra anteriormente citada, hacen referencia al estudio de la licuación de carbones bituminosos con cloruros fundidos, el procedimiento se llevó a cabo con la mezcla cloruro de estaño-cloruro de potasio y toma lugar a altas temperaturas (aproximadamente 670ºK), reportan que los cloruros actúan como catalizadores y que están siendo usados en aplicaciones de hidrocraqueo. Mencionan que el cloruro de aluminio es bien conocido como catalizador de varias...

1. Procedimiento de depolimerización de carbones bituminosos de alto volátil, asistida por la mezcla fundida de composición eutéctica de los cloruros de aluminio, potasio y litio en reactores abiertos, para la obtención de bitumen líquido en la industria carboquímica, caracterizado porque dichos carbones bituminosos, previamente sometidos a un pretratamiento físico, se hacen reaccionar durante 4 horas, con agitación y a presión atmosférica, calentando hasta 600ºK la mezcla con la cantidad necesaria del mencionado sistema ternario de sales fundidas en una relación ponderal tal que la masa total de sales sea 16 veces mayor a la de carbón bituminoso de alto volátil, obteniéndose como resultado de la depolimeración un bitumen de color verde-grisáceo.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el bitumen de color verde grisáceo obtenido como resultado de la depolimerización se somete a un proceso de tratamiento con nafta reformada y filtrar con la finalidad de separar el carbón remanente.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el sistema cloruro de aluminio-cloruro de potasio-cloruro de litio se disuelve a temperatura y presión ambientes en agua destilada con ácido clorhídrico a pH 6, para luego ser recuperado por destilación y ser regenerado a su estado sólido inicial.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el pretratamiento físico del carbón bituminoso de alto volátil previo a la depolimerización parcial comprende que dicho carbón bituminoso se lava con agua y se seca al aire durante unas 24 horas, posteriormente el citado carbón bituminoso seco es pulverizado y homogeneizado mediante equipos del tipo "molino"; para luego ser tamizado hasta obtener un tamaño de partícula inferior a 60 mallas ASTM; y en donde, finalmente, la desmineralización de dichos carbones bituminosos se lleva a cabo en agitación, en caliente, a una temperatura aproximada de 333ºK, con ácido clorhídrico 6 M durante 1 hora, y con adición de un 10% de etanol para incrementar la mojabilidad del carbón, filtrándose posteriormente y lavándose de nuevo con agua, siendo secado al aire durante otras 24 horas.

5. Bitumen obtenido según el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque comprende aproximadamente un 85% de solubles en piridina.

6. Uso del bitumen obtenido según el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 4 en la industria carboquímica como fuente de productos químicos valiosos como lubricantes, aceites, naftas, plásticos, cosméticos, pinturas asfálticas y productos de similares características.