Dado que el procedimiento para la obtención de brea únicamente consiste en la separación de aceites hasta ajustar el punto de reblandecimiento de la brea preexistente en el alquitrán, su producción puede ser considerada, por tanto, una operación puramente física. Así, la calidad de las breas obtenidas en el estado de la técnica está, por lo tanto, gobernada por la calidad de los alquitranes utilizados en el proceso de producción.

La característica del alquitrán de hulla de ser un subproducto de las baterías de coque hace de esta materia prima un producto altamente inconsistente, y este inconveniente sólo es compensable mediante la formulación de mezclas adecuadas de alquitranes. En cualquier caso, todos los tipos de alquitrán y, por consiguiente, las breas obtenidas a partir de ellos, poseen partículas sólidas en suspensión (IQ primario, secundario y carry-over) además de distintos tipos de impurezas metálicas, identificables por su contenido en cenizas. Ambos contaminantes perjudican la calidad de la brea y/o hacen disminuir su potencial aplicación en materiales carbonosos avanzados.

El aceite de antraceno se obtiene durante la destilación del alquitrán de hulla y se caracteriza por su rango de destilación, siendo éste el comprendido desde unos 260ºC hasta la temperatura correspondiente para el ajuste del punto de reblandecimiento de la brea obtenida como producto final (generalmente 400-410ºC). El aceite de antraceno está constituido mayoritariamente por hidrocarburos aromáticos de 2-4 anillos bencénicos y sus correspondientes heterocíclicos de O, N y S, siendo sus principales componentes fenantreno, antraceno, fluoranteno, carbazol y pireno. La elevada aromaticidad del aceite de antraceno y su característica de ser un producto destilado y totalmente destilable en todo su rango, hacen de este producto una materia prima altamente consistente en calidad, lo que sugiere la posibilidad de usos más nobles.

Muchos de los hidrocarburos aromáticos presentes en el aceite de antraceno y algunos heteroaromáticos se transforman por tratamiento térmico lento, hasta 1000ºC en recipiente cerrado debidamente presurizado para evitar su evaporación, en materiales carbonosos anisótropos y grafitizables. Un tratamiento térmico a menor temperatura dejaría la transformación en un estado intermedio, la brea, si bien con bajos rendimientos. El proceso consiste en una condensación aromática deshidrogenativa que se genera por vía radicalaria. Dicho paso intermedio para la obtención de brea continua todavía bajo temperaturas excesivamente elevadas y bajos índices de conversión para aplicarse a escala industrial. Esto sugiere la posibilidad de inducir la condensación aromática mediante reacciones catalíticas que promuevan la generación de radicales, su condensación y deshidrogenación a temperaturas más bajas y un mayor rendimiento. Entre los posibles inductores ya conocidos para este tipo de reacciones se encuentran los catalizadores del tipo Friedel-Craft (BF₃/HF, AlCl₃) y el azufre. Tanto por la calidad de los productos finales como por los costes operativos y residuos/subproductos originados, estos catalizadores no son aconsejables, proponiéndose en este caso, y constituyendo un objetivo de la presente invención, la utilización de oxígeno, aire, aire empobrecido en oxígeno, y sus mezclas.

El tratamiento con aire de alquitranes y breas, así como materiales compuestos, mesofase autosinterizables y fibras ha sido ya utilizado con distintas finalidades, tales como incrementar el peso molecular y punto de reblandecimiento de breas y alquitranes, evitar el hinchamiento durante la carbonización en materiales compuestos carbono/carbono y mesofase autosinterizable, y termoestabilizar las fibras antes de su carbonización.

La patente US 4892642 describe la producción de breas a partir de alquitrán de hulla en tres etapas: un tratamiento térmico oxidativo a 350-400ºC y 1-3 atm, un tratamiento térmico bajo atmósfera inerte y una destilación fraccionada.

La patente EP-A-0167046 describe la producción de una brea con bajo contenido en sólidos, mediante la oxidación con aire u oxígeno de una fracción de destilación seleccionada de alquitrán de hulla o un aceite pesado derivado de ella, mientras se calienta a temperaturas de 315-385ºC preferiblemente, aunque se menciona la posibilidad de trabajar desde una temperatura inferior (149ºC), hasta obtener un producto intermedio deseado. Este producto intermedio se somete posteriormente a destilación por arrastre (stripping) con vapor o un gas inerte, si bien dicha destilación podría eliminarse utilizando temperaturas más elevadas en la fase de oxidación. El resultado es una brea de impregnación utilizable especialmente para fabricar electrodos.

En dicha patente no se contempla la posibilidad de introducir un tratamiento térmico intermedio para mejorar la calidad de la brea (en términos reológicos y carbono fijo) y el rendimiento final, ni se mencionan las condiciones de presión o el tiempo requerido para las etapas de procesamiento.

Descripción de la invención

El procedimiento de la invención, comparado con el estado de la técnica, parte de una gama más amplia de materias primas, incluyendo fracciones petroquímicas aromáticas. Las breas obtenidas según la invención, en comparación con las propias del estado de la técnica, presentan una mayor calidad intrínseca y mejores propiedades con relación a la salud (carcinogénesis) y medio ambiente.

La reacción del oxígeno del... [Seguir leyendo]