Procedimiento y dispositivo para la obtención de hidrocarburos.

Procedimiento y dispositivo para la obtención de hidrocarburos.

Procedimiento termo-sono-químico (TSQ), consistente en la combinación de procedimiento termoquímicos asistido por ultrasonidos para convertir materias residuales en una mezcla de hidrocarburos líquidos de alto valor añadido, que pueden ser utilizados como combustible o en su trasformación en otros productos químicos. Este procedimiento comprende la combinación de materiales de partida procedentes de residuos o biomasa, con aditivos activos a la sonicación, que con una adecuada dosificación junto con un aporte térmico y energético mediante ultrasonidos maximiza la generación de líquidos hidrocarbonados.

Procedimiento y dispositivo para la obtención de hidrocarburos

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir en el campo técnico del tratamiento de residuos y otras materias poliméricas, en concreto en el de la transformación de materiales poliméricos sólidos en materiales líquidos y/o gaseosos empleando sistemas térmicos y químicos. Adicionalmente también se puede englobar en el sector de tecnologías para obtención de productos orgánicos.

En concreto, el objeto de la invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para obtener hidrocarburos a partir del craqueo de materiales de partida que contienen polímeros, donde en particular, pero no en exclusiva, los materiales de partida provienen de residuos, ya sean urbanos, forestales, agrícolas, ganaderos, industriales, etc.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El tratamiento de residuos de cara a su valorización energética está regulado por normativas varias en distinto niveles, desde un ámbito más global a nivel de la Unión Europea, pasando por ámbitos cada vez más locales, como los estados miembros de la Unión Europea y, finalmente, en el caso de España, en un ámbito más local, a nivel de las propias comunidades autónomas.

Uno de los aspectos más estudiados, debido a su relevancia, es la idoneidad que presenta cada uno de los distintos tipos de residuos como material de partida para su aprovechamiento energético. Ello es debido a que en los residuos hay una variedad de materiales, que a su vez presentan una composición variable en términos energéticos. Para el aprovechamiento de los residuos es necesario identificar las distintas materias presentes en dichos residuos, tales como materia orgánica, plásticos, papel-cartón y otras fracciones susceptibles de aprovechamiento energético.

En la actualidad, dentro del tratamiento de residuos, una alternativa considerada es la eliminación de dichos residuos, la cual puede llevarse a cabo de distintas maneras, según se efectúe o no un aprovechamiento energético de los residuos.

De entre las que no conllevan aprovechamiento energético, la más común es la disposición en vertedero controlado, donde los distintos materiales presentes en los residuos sufren transformaciones físicas, químicas y biológicas que generan productos contaminantes con un destacable impacto ambiental.

En relación a las tecnologías de aprovechamiento energético, se menciona la incineración, que requiere de una capacidad para procesar elevadas cantidades de residuos, así como grandes inversiones en sistemas de control y verificación ambiental. Otras tecnologías, como la gasificación, presentan dificultades de manejo y control de los procesos y generan, a su vez, una importante cantidad de residuos procedentes de los sistemas de lavado de gases.

Todas estas tecnologías generalmente permiten recuperar de los residuos energía eléctrica y térmica, con una eficiencia que en general está comprendida entre el 15 y el 40%.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la obtención de hidrocarburos a partir de una materia de partida que comprende polímeros. De manera preferente, la materia de partida proviene de residuos, tales como residuos urbanos, industriales, agrícolas, forestales, ganaderos, etc.

La invención se caracteriza por implementar un procedimiento que involucra el empleo y/o la transformación de energía mecánica, energía química y ultrasonidos, para craquear las moléculas de los polímeros, transformándolas en hidrocarburos de cadenas más cortas, a temperaturas más reducidas que las comúnmente empleadas en el estado de la técnica.

El procedimiento comprende las siguientes etapas:

â?¢ una etapa de procesamiento de la materia en un reactor donde la materia de partida se transforma en hidrocarburos líquidos y/o gaseosos y que comprende las siguientes subetapas:

o una primera subetapa de intercambio térmico superior a 150 º C/segundo controlado mediante balance de masas y balance energético, con unas condiciones de agitación superiores a 700 revoluciones por minuto y donde la temperatura se encuentra en el rango entre 150 y 450 º C.

o una segunda subetapa de aplicación regulable de frecuencias de ultrasonido sobre la mezcla durante un tiempo de al menos 0, 5 segundos mediante la combinación de unos aditivos activos a la sonicación.

o una tercera subetapa de homogenización e intercambio de energía a la material de partida licuada y/o gaseosa a través de la compresión y la fricción ejercidas por bombeo,

donde la energía comunicada a la mezcla a través de la primera subetapa de intercambio térmico mediante agitación y la segunda etapa de aplicación regulable de frecuencias de ultrasonidos provoca reacciones termoquímicas de craqueo de los polímeros;

â?¢ una etapa opcional de fraccionamiento de los productos resultantes, con el objetivo de separar los distintos componentes en las distintas fracciones. Como consecuencia de las reacciones termoquímicas se generan hidrocarburos que en las condiciones de operación se vaporizan y salen por la parte superior del reactor. Los gases son conducidos a una columna de fraccionamiento para la separación de los distintos componentes de interés. Esta etapa comprende la siguiente subetapa:

o una primera subetapa de recirculación de los flujos provenientes de la base de fraccionamiento al reactor, para completar las reacciones termoquímicas hasta los limites estequiométricos de los distintas materiales de partida.

â?¢ una etapa opcional de mejora y estabilización donde se lleva a cabo la filtración de las impurezas y la separación de fases para su posterior utilización o almacenamiento.

Con el procedimiento anteriormente descrito se obtiene un líquido que es apto para usos térmicos en calderas, en motores y otros dispositivos, y está compuesto por hidrocarburos simples y ramificados, mediante la combinación de unos aditivos activos a la sonicación de forma conjunta al desarrollo de la reacción, en un reactor químico, en el que se aporta energía térmica, en forma de agitación y con ultrasonidos.

La utilización de mezclas de productos como aditivos activos bajo la energía procedente de ultrasonidos y en presencia de agua, permiten el desarrollo de las reacciones termoquímicas que transforman los materiales sólidos en líquidos a temperatura ambiente. Estos líquidos pueden denominarse líquidos renovables si proceden de materiales renovables. La utilización simultanea de aditivos activos a la sonicación, junto con el aporte energético mixto (térmico, agitación y ultrasonidos) permiten el desarrollo de las reacciones termoquímicas a una menor temperatura que los procesos conocidos en el estado de la técnica en un orden de magnitud de 100 a 150 º C.

La invención también se refiere a un dispositivo para la obtención de hidrocarburos a partir de un material de partida que comprende polímeros según el procedimiento descrito anteriormente.

Este dispositivo comprende un reactor químico, en el que se introducen polímeros que pueden provenir de residuos, tales como residuos urbanos, industriales, agrícolas, forestales, ganaderos, etc. y donde se lleva a cabo un intercambio térmico superior a 150 º C/segundo controlado mediante balance de masas y balance energético. El reactor comprende unos emisores de ultrasonidos para la aplicación regulable de frecuencias de ultrasonido y unos agitadores.

El dispositivo comprende además una bomba-compresor mezcladora conectada al reactor químico que presenta una excentricidad que la permite ejercer de compresor.

El reactor comprende además una salida inferior para los residuos inertes y de coque generados en el proceso termo-sono-químico en el reactor cuyo accionamiento se regula mediante temperatura y una salida superior para la salida de hidrocarburos en estado vapor.

El dispositivo comprende además una columna de fraccionamiento para la separación de los distintos componentes de interés de los hidrocarburos en estado vapor.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra una vista en esquema del dispositivo para la obtención de hidrocarburos de la presente invención.

Figura 2. Muestra una vista en sección de la bomba...

1. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos a partir de una materia de partida que comprende polímeros caracterizado por que comprende:

â?¢ una etapa de procesamiento donde la materia de partida se transforma en hidrocarburos líquidos y/o gaseosos y que comprende las siguientes subetapas:

o una primera subetapa de intercambio térmico superior a 150 º C/segundo controlado mediante balance de masas y balance energético, con unas condiciones de agitación superiores a 700 revoluciones por minuto y donde la temperatura se encuentra en el rango entre 150 y 450 º C.

o una segunda subetapa de aplicación regulable de frecuencias de ultrasonido sobre la materia de partida durante un tiempo de al menos 0, 5 segundos mediante la combinación de unos aditivos activos a la sonicación.

o una tercera subetapa de homogenización e intercambio de energía a la materia de partida licuada y/o gaseosa a través de la compresión y la fricción ejercidas por bombeo,

donde la energía comunicada a la mezcla a través de la primera subetapa de intercambio térmico mediante agitación y la segunda etapa de aplicación regulable de frecuencias de ultrasonidos provoca reacciones termoquímicas de craqueo de los polímeros.

2. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos según reivindicación 1 caracterizado por que comprende:

â?¢ una etapa opcional de fraccionamiento de los productos resultantes en la etapa de la reivindicación 1.

3. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos según reivindicación 2 caracterizado por que comprende:

â?¢ una etapa de estabilización donde se lleva a cabo la filtración de impurezas y la separación de fases para su posterior utilización o almacenamiento.

4. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos según reivindicación 1 caracterizado por que comprende:

â?¢ una etapa de preparación de los materiales de partida a procesar que comprenden polímeros previa a la etapa de la reivindicación 1, donde dicha primera etapa comprende las siguientes subetapas:

o una primera subetapa de recepción de los materiales de partida a procesar y eliminación de materiales indeseables para el proceso,

o una segunda subestapa de adecuación del contenido en humedad de la mezcla entre el 5 y el 20 % en peso, y

o una tercera subetapa de adecuación del pH de la mezcla obtenida en la subetapa anterior por encima de 5 mediante la adición de una mezcla de

bases derivadas de calcio, potasio y magnesio, o mezclas de las mismas con otros materiales alcalinos o alcalinotérreos.

5. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos según reivindicación 41 caracterizado por que comprende:

â?¢ una etapa de homogenización de la mezcla obtenida en la etapa de preparación de los materiales de partida que comprende las siguientes subetapas:

o una primera subetapa de regulación de la temperatura de la mezcla a una temperatura superior a las temperaturas en las que la mezcla de los materiales de entrada fluye en condiciones de semisólido,

o una segunda subetapa de mezcla con unos aditivos activos bajo condiciones de sonicación, y

o una tercera subetapa de control de las reacciones de oxidación mediante la incorporación de gas nitrógeno hasta condiciones de inertización.

6. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos según reivindicación 5 caracterizado por que la proporción de aditivos está comprendida entre el 1 y el 8 % en peso de la mezcla.

7. Procedimiento para la obtención de hidrocarburos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la segunda subetapa de aplicación regulable de frecuencias de ultrasonido de la etapa de procesamiento tiene lugar a una frecuencia comprendida entre 20 kHz y 2 MHz y una intensidad comprendida entre 0, 2-20 W/cm2.

8. Dispositivo para la obtención de hidrocarburos a partir de una materia de partida que comprende polímeros según el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que comprende

â?¢ un reactor químico (1) , en el que se introducen polímeros (2) y donde se lleva a cabo un intercambio térmico superior a 150 º C/segundo, reactor (1) que comprende unos emisores de ultrasonidos (3) para la aplicación regulable de frecuencias de ultrasonido y unos agitadores.

â?¢ una bomba-compresor mezcladora (4) conectada al reactor químico (1) que presenta un cuerpo central (7) con una excentricidad para ejercer de compresor.

â?¢ una salida inferior (5) para los residuos inertes y de coque generados en el reactor

(1) cuyo accionamiento se regula mediante temperatura y una salida superior (6) para la salida de hidrocarburos en estado vapor.

9. Dispositivo para la obtención de hidrocarburos a partir de una materia de partida que comprende polímeros según reivindicación 8 caracterizado por que comprende además una columna de fraccionamiento para la separación de los distintos componentes de los hidrocarburos en estado vapor.

10. Dispositivo para la obtención de hidrocarburos a partir de una materia de partida que comprende polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9 caracterizado por que el reactor comprende entre 3 y 5 emisores de ultrasonidos (3) con una potencia total de entre

1.000 y 10.000 W.