PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA EL APROVECHAMIENTO DE POLÍMEROS QUE CONTIENEN OXÍGENO.

Procedimiento para hacer reaccionar polímeros que contienen oxígeno con formación de hidrógeno y carbonatos alcalinos,

caracterizado porque, se ponen en contacto íntimo polímeros que contienen átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno y, dado el caso, otros átomos, con una mezcla de fusión de hidróxido alcalino y carbonato alcalino, llevándose a cabo la reacción evitando un contacto directo del espacio interior del reactor usado situado por encima de la mezcla de fusión con el oxígeno atmosférico, separando el hidrógeno generado en la misma y cristalizando y separando el carbonato alcalino generado en la misma, y proporcionando en la mezcla de reacción durante la reacción al menos una cantidad de hidróxido alcalino y manteniendo una concentración de hidróxido alcalino necesaria para el comienzo y el mantenimiento de la reacción exotérmica de hidróxido alcalino con los polímeros que contienen oxígeno

La invención se refiere a un procedimiento para la transformación de polímeros que contienen oxígeno según la reivindicación 1, y a un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según la reivindicación 22.

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para el aprovechamiento de polímeros que contienen oxígeno mediante la transformación de polímeros que contienen oxígeno con hidróxidos alcalinos con formación de hidrógeno y carbonatos alcalinos, siendo adecuada esta transformación para la eliminación y el procesamiento de los polímeros, como también para la obtención de materias primas importantes. Los polímeros que contienen oxígeno que se hacen reaccionar pueden haberse fabricado sintéticamente. También pueden ser polímeros naturales.

Los polímeros que contienen átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y, dado el caso, otros átomos más, existen en la naturaleza y también se presentan como productos sintéticos en formas variadas.

Por lo tanto, se fabrican una pluralidad de artículos de uso a partir, en gran parte, de plásticos que están constituidos por dichos polímeros o contienen éstos al menos en una medida considerable. Se fabrican textiles a partir de fibras sintéticas, naturales o regeneradas, es decir, a partir de dichos polímeros. Los polímeros de este tipo se encuentran también en materias primas renovables.

Muy frecuentemente, surge el problema de la eliminación de estos polímeros, o del procesamiento de estos polímeros para obtener los materiales de partida a partir de los que se han producido estos polímeros.

La forma más sencilla de eliminación es la incineración de estos polímeros o el almacenamiento en vertedero. A este respecto, ciertamente, se puede aprovechar la energía obtenida en la incineración, pero los gases de escape representan una carga para el medio ambiente y, por lo tanto, deben hacerse inocuos de un modo en parte complicado y costoso. A este respecto, sin embargo, no puede evitarse totalmente con ello que una parte de los gases, en particular CO2 perjudicial para el clima, alcance la atmósfera.

Los procedimientos que se refieren a la descomposición de los polímeros en sus componentes individuales, a partir de los cuales están construidos, conducen ciertamente a las materias primas correspondientes, que, no obstante, generalmente no poseen la calidad que tenían las materias primas originales, es decir, al fabricar de nuevo los polímeros correspondientes se obtienen productos de menor calidad. Además, un procesamiento correspondiente, por ejemplo, glucólisis o hidrólisis según el procedimiento, es muy costoso.

Se conocen ya, también, procedimientos en los que se eliminan productos de desecho que contienen carbono y/o halogenados, en particular también plásticos como polietilenos, polipropilenos, etc, mediante reacción en una masa fundida de hidróxidos. Este procedimiento, que se describe en el documento EP 0 991 734 B1, debe realizarse a una temperatura de 580 ºC a 900 ºC. A este respecto, se forman sustancias gaseosas primarias como hidrógeno y metano.

En la reacción descrita en dicho documento pueden generarse también hidruros metálicos, lo que complica la aplicación del procedimiento. Además, a temperaturas bajas la cantidad de hidrógeno se encuentra por debajo del máximo alcanzable.

En el documento US PS 6 607 707 B2 se describe un procedimiento en el que se genera gas hidrógeno mediante la reacción de hidrocarburos o compuestos hidrocarburo oxidados con un hidróxido alcalino. Según el procedimiento descrito en dicho documento se transforman sustancias de bajo peso molecular. A partir de la descripción resulta evidente que se usan sólo sustancias monoméricas tales como metanol, etanol, formaldehído y similares. El procedimiento se lleva a cabo, por lo demás, preferentemente en presencia de agua y catalizadores.

No se deducen de esta publicación indicaciones sobre la manera de usar los polímeros como hace la invención. El experto tampoco encuentra en esta publicación ninguna sugerencia para realizar un procedimiento industrial, en particular a escala continua.

En el documento US PS 3 252 773 se describe la gasificación de materiales que contiene carbono mediante la acción de vapor y oxígeno. A la reacción también pueden añadirse hidróxidos alcalinos.

En la solicitud de patente de Estados Unidos US 2005/0163704 A1 se describe la transformación de distintos compuestos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, entre otros, de carbohidratos. En esta reacción se produce la fabricación de gas hidrógeno en el punto medio, no obstante, en la reacción también se usa agua. De esta publicación no se deduce ningún procedimiento como el que divulga la invención.

Aunque ya se conocen procedimientos de preparación de gases que contienen hidrógeno a partir de polímeros que contiene átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, existe todavía la necesidad de un procedimiento mejorado que se realice de un modo económico, con el que se pueda procesar un abanico amplio de polímeros y, en particular, que

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puede llevarse a cabo de un modo continuo y que se lleve a cabo de un modo que genere pocos residuos, inocuo para el medio ambiente y con eficacia energética.

El procedimiento para la transformación de polímeros que contienen oxígeno se define en la reivindicación 1, y el dispositivo para la realización del procedimiento se define en la reivindicación 22.

Por lo tanto, un objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para obtener hidrógeno y carbonatos alcalinos mediante la transformación de polímeros que contienen átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, así como, dado el caso, otros átomos más, con hidróxidos alcalinos, que sea inocuo para el medio ambiente y que ahorre energía que, a ser posible, posibilite una transformación cuantitativa del polímero en hidrógeno y carbonato alcalino y en el que el gas generado esté constituido esencialmente únicamente por hidrógeno, que pueda usarse directamente de una pluralidad de formas, por ejemplo, en reacciones químicas o para la obtención de energía, y en el que el carbonato alcalino obtenido se use como materia prima industrial, o también se reutilice dentro del procedimiento, por ejemplo mediante reacción con Ca(OH)2 dando el hidróxido alcalino original.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento que, por una parte, no genere gases perjudiciales para el medio ambiente y que el carbono presente en el polímero, que normalmente en los procedimientos conocidos se libera a la atmósfera en forma de CO2, se una y, por lo tanto, contribuya a la reducción del contenido de CO2 en la atmósfera, y que consuma menos energía, proporcionándola el mismo, y que, por lo tanto, también se pueda aprovechar la recuperación de calor.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento que sea flexible con respecto a las condiciones de reacción y en el que puedan ajustarse las condiciones de temperatura a los polímeros que se usan.

Otro objetivo es proporcionar un procedimiento que sea flexible con relación a las condiciones de reacción, en particular con respecto a la temperatura de reacción, de tal modo que la reacción con un polímero pueda llevarse a cabo a diferentes velocidades y, por lo tanto, por ejemplo, puedan ajustarse los procesos de eliminación de residuos de forma continua. Esto es importante, particularmente, en el caso de modos de operación continuos, cuando, por ejemplo, debe procesarse el material recibido, a veces mucho, a veces poco, al momento.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo con el que pueda llevarse a cabo el procedimiento que se describe más adelante.

Estos objetivos se consiguen mediante un procedimiento para transformar polímeros que contienen oxígeno con formación de hidrógeno y carbonatos alcalinos, que está caracterizado porque los polímeros que contienen átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno y, dado el caso, otros átomos, se ponen en contacto íntimo con una mezcla de fusión de hidróxido alcalino y carbonato alcalino, la transformación se lleva a cabo evitando un contacto directo del espacio interior del reactor usado situado por encima de la mezcla de fusión con el oxígeno atmosférico, separando el hidrógeno generado en la misma, cristalizando el carbonato alcalino generado en la misma y separándolo y proporcionando en la mezcla de reacción durante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para hacer reaccionar polímeros que contienen oxígeno con formación de hidrógeno y carbonatos alcalinos, caracterizado porque,

se ponen en contacto íntimo polímeros que contienen átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno y, dado el caso, otros átomos,

con una mezcla de fusión de hidróxido alcalino y carbonato alcalino, llevándose a cabo la reacción evitando un contacto directo del espacio interior del reactor usado situado por encima de la mezcla de fusión con el oxígeno atmosférico,

separando el hidrógeno generado en la misma y cristalizando y separando el carbonato alcalino generado en la misma, y proporcionando en la mezcla de reacción durante la reacción al menos una cantidad de hidróxido alcalino y manteniendo una concentración de hidróxido alcalino necesaria para el comienzo y el mantenimiento de la reacción exotérmica de hidróxido alcalino con los polímeros que contienen oxígeno.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se dispone un exceso de masa fundida, de tal modo que esté presente un exceso de hidróxido alcalino con relación al polímero.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se dosifica posteriormente hidróxido alcalino.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la reacción se lleva a cabo en una masa fundida a una temperatura constante y a una composición constante, encontrándose la temperatura y la composición en un punto de la línea de líquidus del sistema del material.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la temperatura de reacción varía en un intervalo de 1 a 10 ºC a lo largo de la línea de líquidus.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque los polímeros se usan en forma triturada.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque se opera en un sistema que está cerrado con relación al aire ambiental.

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque se usa una mezcla de fusión en forma de una solución saturada de carbonato alcalino en hidróxido alcalino.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque se usa hidróxido de sodio como hidróxido alcalino y carbonato de sodio como carbonato alcalino.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque se usa una mezcla de fusión con composición eutéctica.

11. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque se usa una composición de masa fundida que se encuentra cerca del eutéctico.

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque uno u otro componente de la masa fundida se encuentra en una concentración que es de hasta el 0,5 % en moles superior a la que corresponde al eutéctico.

13. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se usa una mezcla de fusión en la que la proporción de carbonato de sodio es del 6 al 40, preferentemente del 6 al 20, en particular del 6 al 10 % en moles.

14. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque se establece en el recipiente de reacción un gradiente de temperatura.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la adición de los polímeros se realiza temporalmente a una composición de masa fundida que se encuentra por encima de la línea de líquidus y la dosificación posterior de hidróxido alcalino comienza de nuevo sólo cuando la masa fundida, debido al carbonato generado, alcanza la línea de líquidus.

16. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante la reacción la composición de la mezcla de fusión se desplaza, debido a la adición aumentada de hidróxido alcalino, al intervalo situado por encima de la línea de líquidus y/o se mantiene temporalmente en dicho intervalo y porque la adición de hidróxido alcalino se interrumpe hasta que se alcanza de nuevo la línea sólidus/líquidus.

17. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-16, caracterizado porque para la reacción se usan polímeros o mezclas de polímeros del grupo de los poliésteres, policarbonatos, poliéteres, poliacetales, resinas

epoxi, polilactonas, polilacturos, poliglicoluros, poliacrilatos, polivinilacetato, biopolímeros, madera, celulosa, lignina, cutina y pectina.

18. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-17, caracterizado porque se usan polímeros que contienen además otros componentes, tales como fibras de refuerzo, cargas, aditivos habituales o están presentes como materiales compuestos.

19. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-18, caracterizado porque el oxígeno se añade a la masa fundida en forma libre o enlazada, en particular mediante polímeros, en los que la relación entre átomos de oxígeno y átomos de carbono es inferior a 1 y necesitan oxígeno para la oxidación total de los átomos de carbono, alimentándose el oxígeno en forma libre por debajo de la superficie de la masa fundida y alimentándose el oxígeno en forma enlazada por encima o por debajo de la superficie de la masa fundida.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque el oxígeno enlazado se introduce en forma de ácido fórmico, ácido oxálico, agua o dióxido de carbono.

21. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1-20, caracterizado porque el procedimiento se realiza en modo continuo.

22. Dispositivo para llevar a cabo un procedimiento según una de las reivindicaciones 1-21, caracterizado porque el dispositivo comprende un reactor (1) para alojar los componentes de reacción y para llevar a cabo la reacción, así como un dispositivo (2) para mezclar o trabar el producto de reacción, un recipiente de almacenamiento (5) para alojar hidróxido alcalino, así como una conducción de alimentación (4) con el fin de alimentar el hidróxido alcalino al reactor, un recipiente de almacenamiento (7) para alojar los polímeros y una conducción de alimentación (6) para alimentar los polímeros al reactor, una conducción de descarga (8) para descargar el hidrógeno generado, un dispositivo (9) para transportar el carbonato alcalino generado por medio de una conducción de descarga (10) a un recipiente de almacenamiento (11), un dispositivo (12), así como conducciones de alimentación (14a – e) para suministrar el gas inerte con el fin de desplazar el oxígeno del espacio (3) situado por encima de la superficie de la masa fundida en el reactor y de los recipientes de almacenamiento 5 y 7, así como de las conducciones correspondientes 4 y 6.

23. Dispositivo según la reivindicación 22, caracterizado porque el reactor está provisto de un sistema de calefacción-refrigeración combinado, que se opera con ayuda de medios de transferencia de calor o dispositivos eléctricos y es adecuado para la recuperación del calor.

24. Dispositivo según la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque el reactor presenta una conducción de alimentación 13 con el fin de alimentar oxígeno libre o enlazado por debajo de la superficie de la masa fundida (3).