Procedimiento e instalación para el tratamiento de neumáticos fuera de uso.

Procedimiento e instalación para el tratamiento de neumáticos granulados fuera de uso a través de un proceso de destilación de los materiales poliméricos que componen los neumáticos fuera de uso, tales como caucho natural y sintético; y de la gasificación del residuo sólido o negro de carbono.

Procedimiento e instalación para el tratamiento de neumáticos fuera de uso La invención se refiere al procedimiento para el tratamiento de neumáticos granulados fuera de uso mediante la destilación de los materiales poliméricos que forman parte de la composición de los neumáticos fuera de uso (caucho natural y cauchos sintéticos) y la gasificación del negro de carbono que forma parte del neumático y que queda como residuo sólido de la etapa de gasificación. La invención se relaciona con el reciclado de cauchos, materiales compuestos de matriz polimérica y biomasa residual, así como residuos sólidos urbanos, ya sean de origen natural (maderas) o de origen industrial (residuos del aprovechamiento de materias primas vegetales) . Asimismo, la invención también se refiere al diseño y construcción de la instalación donde se lleva a cabo el procedimiento.

Estado de la tecnica

Durante muchos años se han estudiado diversas alternativas para la gestión de los neumáticos basadas en el reciclado mediante recauchutado (O'Connell et al., in: I.Gaballah, J.Hager and R.Solozabal, (Ed) , Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology, San Sebastián, 1999, pp. 401-407 y Job & Josep, Plast. Rubber Compos. 29 (2000) 92-95) y desvulcanización (Alexander-Franco et al., Energy Fuels, 24 (2010) 3401-3409) , utilización en la industria del acero (Zaharia et al., Energy Fuels 23 (2009) 2467-2474) , desarrollo de sistemas de trituración y molienda y utilización del caucho granulado o en polvo en la fabricación de betunes (Hernandez-Olivares et al., Int. J. Pavement Eng. 10 (2009) 277-288) , construcción de carreteras (Gallego y de los Santos, Revista de Obras Públicas, 150 (2003) 7-26) , como relleno para la fabricación de nuevas ruedas (Baeta et al., Braz. J. Chem. Eng. 26 (2009) 23-31) y como pavimentos para instalaciones deportivas, parques etc. (AmarI et al., Resour. Policy. 25 (1999) 179-188) .

El alto porcentaje en carbono volátil y el elevado poder calorífico (33-35 MJ kg-1) (Harrinson and Ross, Fuel 75 (1996) 1009-1013) hacen de los neumáticos excelentes materiales para su recuperación energética. Los combustibles derivados de neumático (Tyre Derived Fuel, TDF) se utilizan en sustitución de combustibles fósiles en la industria del cemento (Tsakalakis, ZKG International, 60 (2007) 43, Choul et al., Waste Manage. Res. 25 (2007) 68-76 and Trezza and Scian, Mater. Res. 2 (2009) 489-494) y en procedimientos de combustión (calderas de la industria de fabricación de papel, calderas industriales, centrales térmicas) para la generación de energía eléctrica (Singh et al., Fuel 88 (2009) 2473-2480) . En la combustión, es necesario optimizar las condiciones de operación para minimizar su impacto ambiental. Los contaminantes más importantes que se generan en la combustión de los neumáticos usados son, junto con el SO2, NOx y COx, los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) (Levendis et al., Environ.Sci.Technol.30 (1996) 2742-2754 and Mastral et al. Environ. Sci. Technol.34 (2000) 3051-3057) . En Europa, el 40% de los neumáticos usados se utiliza como TDF, en USA el 53% y el 70% en Japón (ETRma) . Teniendo en cuenta estos problemas medioambientales, principalmente atmosféricos, debido a emisiones tóxicas, que la utilización de los polímeros implica, la forma adecuada de valorizar este residuo es someterlo a un procedimiento térmico para su conversión en aceites, negro de carbón y gases de elevado poder calorífico.

Generalmente, el procedimiento térmico utilizado para la valorización de los neumáticos usados es la pirolisis, es decir, el calentamiento del neumático en un reactor en una atmósfera exenta de oxígeno, en presencia de un gas inerte, normalmente nitrógeno. Se han desarrollado diversas tecnologías de pirólisis, desarrolladas en su mayor parte a escala de laboratorio o planta piloto (Conesa et al., Environ. Sci. Technol. 38 (2004) 3189-3194; Islam et al., Fuel 87 (2008) 3112-3122; Li et al., Ind. Eng. Chem. Res. 43 (2004) 5133-5145; Aylón et al., Ind. Eng. Chem. Res. 47 (2008) 40294033; Dai et al., Energy 26 (2001) 385-399; Kaminsky et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis 85 (2009) 334-337; Roy et al., J. Anal. Appl. Pyrolysis. 51 (1999) 201-221; Olazar et al., Ind. Eng. Chem. Res. 44 (2005) 3918-3924 y Olazar et al., Energy Fuels 23 (2009) 5423-5431) .

Recientemente, se ha investigado la aplicación de tecnologías basadas en el empleo de plasma térmico, pirólisis en presencia de catalizadores (zeolitas) y pirólisis hidrogenativa (Oledzka, Polimer y 51 (2006) 407-414) .

Se ha estudiado la gasificación de neumáticos usados tanto a nivel de laboratorio como de planta piloto, utilizando tanto tecnologías de lecho fluidizado como de horno rotatorio. En los estudios a nivel de laboratorio, utilizando lecho fluido, obtienen gases con un poder calorífico comprendido entre 4-9 MJ Nm-3 en un procedimiento de gasificación a baja temperatura (400-800 ºC) utilizando diversas relaciones aire/neumáticos (Xiao et al. Energy Convers. Manage. 49 (2008) 2078-2082) . En estas condiciones se obtiene un residuo sólido (char) que representan entre el 24-27% del peso inicial y un aceite cuyo porcentaje en peso varía entre el 0-37% en función de la temperatura.En estudios de gasificación a nivel de planta piloto utilizando lecho fluidizado, se ha comprobado (Raman et al., Conser.Recycl. 4 (1981) 79-88) que es posible obtener gases de alto poder calorífico (22-40 MJ Nm-3) cuando se gasifica un residuo de neumático seco y exento de cenizas. En estudios a nivel de laboratorio utilizando un horno rotativo, se ha llegado a obtener un syngas con alto contenido en hidrógeno (alrededor de 45% v/v) y altos contenidos en metano, etileno y etano (Galvagno et al. Waste Manage. 29 (2009) 678-689) . Recientemente, (Donatelli et al., Fuel 89 (2010) 2721-2728) han estudiado la producción de un gas del alto poder calorífico (aprox. 29, 5 MJ Nm-3) con altos contenidos en H2 y CH4 (aprox. 53%vol y 22%vol respectivamente) mediante un procedimiento de gasificación utilizando una planta piloto de horno rotativo de 5 kg/h de capacidad, trabajando en un intervalo de temperaturas de 400-1000 ºC.

ES 2 384 058 Al Sin embargo, a diferencia de los procedimientos conocidos hasta ahora, con la presente invención se consigue una conversión efectiva del neumático sin que sea necesario el co-procesado de mezclas (Mastral et. al. Energy Fuels 11 (1997) 676) , Patente ES 5960123, Patente a ES 009800650, Patente ES 200102329, Patente ES 2243132 y Patente ES2327019.

Descripcion de la invencion

En la presente invención, a diferencia de lo que sucede en los procedimientos pirolíticos, la destilación del neumático se realiza en reactores a presión atmosférica, con una atmósfera ligeramente oxidante (3-7% de oxígeno) , sin utilizar por tanto atmósfera inerte de nitrógeno como sucede en los procedimientos clásicos de pirólisis.

En la presente invención y a diferencia de lo que sucede en los procedimientos de gasificación clásicos, no se gasifica el neumático tal cual sino el residuo carbonoso obtenido en la etapa de destilación.

Un aspecto de la invención se refiere a un procedimiento realizado en continuo para la generación de energía mediante el tratamiento de neumático granulado, preferiblemente fuera de uso, que comprende:

i) la destilación del granulado de neumático para obtener una fracción gaseosa no condensable, una fracción gaseosa condensable y un residuo carbonoso;

ii) la condensación por enfriamiento de la fracción gaseosa condensable obtenida en la etapa i) dando lugar a aceites constituidos por diferentes tipos de hidrocarburos; y iii) la co-generación eléctrica de la fracción gaseosa no condensable obtenida en la etapa i) mediante una turbina o motor generador.

Otro aspecto de la invención se refiere a la instalación para llevar a cabo el proceso mencionado anteriormente que comprende un reactor (1) multicelda de doble etapa con horno y mufla, una unidad de condensación (2) de la fracción líquida, una unidad de filtrado de los gases (3) , y una unidad de acondicionamiento de los gases (4) .

Otro aspecto de la invención se refiere al uso de un neumático granulado, preferiblemente en desuso, para la producción de energía eléctrica.

A lo largo de la presente invención el término "residuo carbonoso" o "char" se refiere a la fracción que queda después de eliminar los gases ligeros (tales como el gas de hulla) y el alquitrán (tal como el alquitrán de hulla) de un material carbonoso durante la etapa inicial del procedimiento de combustión,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento realizado en continuo para la generación de energía mediante el tratamiento de neumático granulado, preferiblemente fuera de uso, que comprende:

i) la destilación del granulado de neumático para obtener una fracción gaseosa no condensable, una fracción gaseosa condensable y un residuo carbonoso;

ii) la condensación por enfriamiento de la fracción gaseosa condensable obtenida en la etapa i) dando lugar a aceites constituidos por diferentes tipos de hidrocarburos; y iii) la co-generación eléctrica de la fracción gaseosa no condensable obtenida en la etapa i) mediante una turbina o motor generador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 que además comprende:

iv) el procedimiento de gasificación del residuo carbonoso obtenido en la etapa i) a presión atmosférica para obtener gas de síntesis mediante inyección de una mezcla de aire y oxígeno compuesta por entre el 50 % y el 75 % en volumen de aire y por entre el 15 % y el 50 % en volumen de oxígeno; y v) la co-generación eléctrica del gas de síntesis producido en la etapa iv) mediante una turbina o motor generador.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 donde la mezcla de aire y oxígeno de la etapa iv) está compuesta por un 69 % de aire y por un 15 % de oxígeno.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde el granulado de neumático fuera de uso tiene un tamaño de partícula menor o igual de 25 mm.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la etapa i) se lleva a cabo a una temperatura de entre 200 y 700 ºC; preferiblemente de entre 400 y 700 ºC; y aún más preferiblemente de entre 500 y 700 ºC.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 donde la etapa i) se lleva a cabo en una atmósfera ligeramente oxidante que comprende el aire que queda ocluido en el reactor y en el espacio interparticular del mismo.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde la composición de la fracción gaseosa condensable obtenida en la etapa i) comprende independientemente benceno, tolueno, xileno (BTX) , hidrocarburos poliaromáticos (PAH's) , hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos cíclicos, nitro derivados, tio derivados y/o mezclas de los mismos.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 donde la composición de la fracción gaseosa no condensable obtenida en la etapa i) comprende independientemente H2, CH4, nCH4H10, y/o mezclas de los mismos.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 donde la composición del residuo carbonoso obtenido en la etapa i) comprende negro de carbono y un carbono residual formado como consecuencia de las reacciones de craqueo de los componentes existentes en la fracción condensable.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 donde la etapa ii) se lleva a cabo a una temperatura menor o igual de 260 ºC.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 donde la etapa ii) se lleva a cabo a una temperatura de entre 160 y 200 ºC.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 donde la etapa ii) se lleva a cabo a una temperatura menor o igual de 170 ºC.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 que además comprende una etapa de depuración y filtración tras la etapa ii) .

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13 donde la etapa iv) se realiza en el mismo reactor que la etapa i) sin necesidad de enfriamiento ni de transporte.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14 donde la temperatura a la que se lleva a cabo la etapa iv) es de entre 800 y 1.200 ºC, preferiblemente 1.000 ºC.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 15 donde la composición del gas de síntesis obtenido en la etapa iv) comprende independientemente CO, CO2, H2 y/o mezclas de los mismos.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 16 que además comprende una etapa de depuración y filtración tras la etapa iv) .

18. Instalación para llevar a cabo el proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 que comprende un reactor (1) multicelda de doble etapa con horno y mufla, una unidad de condensación (2) de la fracción líquida, una unidad de filtrado de los gases (3) , y una unidad de acondicionamiento de los gases (4) .

19. Instalación según la reivindicación 18 donde el reactor (1) comprende una pluralidad de cilindros verticales (5)

abiertos por ambos extremos, sendas compuertas superiores (6) estancas para la entrada del neumático granulado, sendas compuertas inferiores (7) estancas, una pluralidad de difusores (8) para la gasificación del agente gasificante, una salida de gases (9) para la etapa de destilación, otra salida de gases (10) para la etapa de gasificación, y unos quemadores de gas (11) para proporcionar al reactor, en la etapa de destilación, la temperatura de encendido necesaria.

20. Instalación según la reivindicación 19 donde los cilindros verticales (5) están unidos por un cerramiento de forma cúbica, con recubrimiento aislante (12) .

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LI (. 7 RESUMEN PROCEDIMIENTO E INSTALACIÓN PARA EL TRATAMIENTO DE NEUMÁTICOS FUERA DE USO

Procedimiento e instalación para el tratamiento de neumáticos granulados fuera de uso a través de un proceso de destilación de los materiales poliméricos que componen los neumáticos fuera de uso, tales como caucho natural y sintético; y de la gasificación del residuo sólido o negro de carbono.