ES2198000T3 - Oxidacion parcial de material plastico residual. - Google Patents
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Abstract
PROCEDIMIENTO DE GASIFICACION Y LIQUEFACCION INTEGRADAS QUE SIRVEN PARA CONVERTIR DESECHOS A GRANEL EN MATERIAS PLASTICAS EN PARTICULAS QUE CONTIENEN HALOGENO, REDUCIENDO AL MAXIMO EL TAMAÑO DE LAS PARTICULAS, PARA OBTENER UN GAS DE SINTESIS Y ESCORIAS VITROSAS NO LAVABLES Y SIN PELIGRO PARA EL MEDIO AMBIENTE. ESTE PROCEDIMIENTO CONSISTE EN FUNDIR Y FRAGMENTAR ESTAS PARTICULAS DE DESECHOS DE MATERIAS PLASTICAS QUE CONTIENEN HALOGENO DE FORMA QUE PRODUZCAN UNA COMPOSICION ACEITOSA QUE CONTIENE HALOGENO Y QUE TIENE UN PUNTO DE EBULLICION Y UN PESO MOLECULAR INFERIORES, QUE SE SOMETE LUEGO A UNA OXIDACION PARCIAL EN UN GASIFICADOR DE REFRIGERACION, PARA PRODUCIR UN GAS DE SINTESIS. SE PUEDEN PURIFICAR TODOS LO GASES, LIQUIDOS O SOLIDOS PELIGROSOS CON EL FIN DE TRANSFORMARLOS EN PRODUCTOS SECUNDARIOS QUE SE PUEDEN COMERCIALIZAR O RECICLAR EN EL PROCESO, LO QUE NO LIBERA NINGUN MATERIAL PELIGROSO HACIA EL MEDIO AMBIENTE.
Description
Oxidación parcial de material plástico
residual.
Esta invención se refiere a un procedimiento
medioambientalmente seguro para convertir materiales plásticos
residuales en productos gaseosos valiosos y escorias
medioambientalmente atóxicas, y más particularmente a un
procedimiento de licuefacción y gasificación integrado, con
descarga de líquido mínima, para convertir materiales plásticos
residuales a granel que contienen halógeno en un material de
alimentación hidrocarbúrico líquido que puede usarse en un reactor
de oxidación parcial para producir un gas de síntesis que es
principalmente monóxido de carbono e hidrógeno, y escorias
medioambientalmente atóxicas no percolables.
Los materiales plásticos residuales,
especialmente los materiales plásticos residuales que contienen
halógeno y particularmente aquellos con un alto contenido de
cloruro, presentan problemas de eliminación especialmente
difíciles, ya que estos materiales están sometidos a restricciones
medioambientales crecientemente rigurosas contra la descarga o la
eliminación en vertederos. Quemar los materiales plásticos
residuales es factibles solo si se efectúa de acuerdo con
restricciones medioambientales estrictas contra la eliminación
atmosférica de gases que contienen cloruro y subproductos tóxicos en
partículas.
La Solicitud de Patente Canadiense Nº 2.130.019,
de Gerhardus y otros, (equivalente a US 545 725) se refiere a un
procedimiento para craquear térmicamente materiales plásticos
residuales que a continuación sufren oxidación parcial para
producir gas de síntesis. Sin embargo, es necesario deshalogenar
los materiales plásticos residuales antes de la oxidación parcial
debido a los graves problemas de corrosión que pueden producirse
sin la deshalogenación cuando los vapores que contienen haluro que
acompañan a los productos de gas de síntesis se enfrían y se
condensan. Los vapores de haluro, principalmente en forma de
cloruro de hidrógeno, se condensan a partir de los productos de
degradación gaseosos que se presentan durante la licuefacción de los
materiales plásticos residuales. La deshalogenación, especialmente,
la descloración, antes de la oxidación parcial es un problema
importante debido a que la patente canadiense se basa en el
enfriamiento radiante de los productos de gasificación de oxidación
parcial. Por lo tanto, la presencia de vapores de cloruro o haluro
de hidrógeno presentaría graves problemas de corrosión en el equipo
usado en el procedimiento de la patente canadiense.
La Solicitud de Patente Alemana DE 4412360A1 de
Rabe y otros describe un procedimiento para reciclar materiales
plásticos residuales mezclados y contaminados en una reacción de
gasificación para producir monóxido de carbono e hidrógeno. El
procedimiento alemán utiliza etapas de licuefacción y gasificación
pero no se dirige al problema de tratar materiales plásticos
residuales que contienen halógeno.
US 5534040 describe un procedimiento para mejorar
un material plástico que contiene carga o material de refuerzo
inorgánicos para usar como un material de alimentación en un
generador de gas de oxidación parcial para la producción de gas de
síntesis, gas combustible o gas reductor en bruto. El material
plástico se granula y se licúa parcialmente calentando en un
autoclave cerrado mientras el material plástico está en contacto
con un disolvente líquido hidrocarbúrico bombeable. Se produce de
ese modo una suspensión bombeable y, después de la retirada de
cualquier material inorgánico separado, el resto de la suspensión se
hace reaccionar mediante oxidación parcial para producir gas de
síntesis, gas combustible o gas reductor en bruto.
US 5445659 describe un procedimiento para
convertir material plástico fragmentado en un combustible de
transporte de alta calidad. El material plástico se granula y se
mezcla con combustible carbonoso sólido granulado y disolvente
hidrocarbúrico líquido para producir un fango que contiene plástico.
El fango que contiene plástico se licúa en un autoclave cerrado
mientras está en contacto con hidrógeno gaseoso. La suspensión
bombeable procedente del autoclave se calienta y se fracciona en
una zona de fraccionación para producir un destilado hidrocarbúrico
que puede usarse para el combustible de transporte. Una corriente
de fondo de la zona de fraccionación que comprende material
hidrocarbúrico líquido y material inorgánico se hace reaccionar
mediante oxidación parcial para producir escorias atóxicas y gas de
síntesis, gas combustible o gas reductor en bruto que puede
purificarse en una zona de purificación de gas.
Según se usa aquí, un reactor de oxidación
parcial también puede denominarse un ``gasificador de oxidación
parcial'' o simplemente un ``gasificador'', y estos términos se
usan a menudo equivalentemente e intercambiablemente. Los reactores
de oxidación parcial que se usan en esta invención también se
denominan comúnmente ``gasificadores de extinción''.
Las temperaturas de reacción para la oxidación
parcial varían típicamente de 900ºC a 2.000ºC, preferiblemente de
1.200ºC a 1.600ºC. Las presiones varían típicamente de 0,1 a 25,3
MPa (de 1 a 250 atmósferas), preferiblemente de 0,5 a 20,3 MPa (de
5 a 200 atmósferas), lo más preferiblemente de 2 a 8,1 MPa (de 20 a
80 atmósferas).
Reactores de oxidación parcial se describen en la
Patente de EE.UU. Nº 4.823.741 de Davis y otros, la Patente de
EE.UU. Nº 4.889.540 de Segerstrom y otros, las Patentes de EE.UU.
Nº 4.959.080 y 4.979.964, ambas de Sternling, la Patente de EE.UU.
Nº 5.281.243 de Leininger y las Patentes de EE.UU. Nº 5.554.202 y
5.545.238, ambas de Brooker y otros.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de licuefacción para convertir un material plástico
residual a granel que contiene halógeno en el material de
alimentación hidrocarbúrico líquido para una reacción de oxidación
parcial para producir un gas de síntesis, que comprende:
- (a)
- fundir un material plástico residual a granel que contiene halógeno, que tiene un tamaño de partícula medio que no supera 0,46 metros (18 pulgadas), en una zona de fusión en contacto directo con un medio de calentamiento de aceite caliente a una temperatura mínima necesaria para fundir el material plástico residual y en presencia de agua para suprimir la formación de vapores de halohidrocarbono para producir una mezcla viscosa fundida del material plástico residual que contiene halógeno con el aceite caliente, y un primer gas de escape;
- (b)
- craquear térmicamente la mezcla viscosa fundida de aceite/plástico en una zona de calentamiento a una temperatura mínima necesaria para craquear térmicamente el material plástico viscoso fundido para producir una composición de aceite craqueado que contiene halógeno de viscosidad reducida;
- (c)
- retirar el aceite craqueado de la zona de calentamiento y separarlo de modo que una porción del mismo se recicle a la zona de fusión para servir como el medio de fusión de aceite caliente y el resto se haga pasar a la zona de reacción de un gasificador de extinción;
- (d)
- oxidar parcialmente el aceite craqueado en la zona de reacción de un gasificador de extinción en donde el aceite craqueado sirve como el reaccionante hidrocarbúrico primario en una reacción de oxidación parcial no catalítica para producir un gas de síntesis que contiene haluros de hidrógeno;
- (e)
- extinguir el gas de síntesis en la zona de extinción del gasificador, en donde el gas de síntesis se pone en contacto con un agente neutralizador que contiene agua de extinción para neutralizar los haluros de hidrógeno en el gas de síntesis y formar de ese modo sales de haluro condensado que se separan y se recuperan del agua de extinción, y un gas de síntesis libre de halógeno.
El dibujo adjunto es una representación
esquemática simplificada de las fases de licuefacción y oxidación
parcial del procedimiento.
La presente invención es un procedimiento de
licuefacción medioambientalmente seguro mejorado para convertir
materiales plásticos residuales que tienen un contenido de halógeno
alto o variable en un material de alimentación hidrocarbúrico para
una reacción de oxidación parcial en un gasificador de extinción
para producir un gas de síntesis que comprende principalmente
monóxido de carbono e hidrógeno.
Una ventaja importante del procedimiento de
licuefacción es que convierte material plástico residual a granel
que tiene alto contenido de halógeno en un aceite térmicamente
craqueado con una cantidad mínima de reducción del tamaño de
partícula, o la retirada de halógeno antes de la licuefacción. El
aceite craqueado que se produce a partir del material plástico
residual durante la licuefacción sirve como la fuente primaria del
reaccionante hidrocarbúrico en la reacción de oxidación parcial
para producir gas de síntesis.
Los productos de licuefacción incluyen un aceite
craqueado térmicamente que no se vaporiza a las temperaturas de
fusión y craqueo durante la licuefacción. El aceite craqueado
térmicamente también se denomina un ``aceite pesado''. La
licuefacción también produce vapores condensables, denominados
``gases condensados'' o ``condensados'', y vapores no condensables
que no se condensan bajo las condiciones de enfriamiento del
procedimiento de licuefacción.
Se ha descubierto que las amplias variaciones en
la composición química del material plástico residual no se reflejan
en la composición química del aceite craqueado térmicamente. Así,
la composición química del aceite craqueado térmicamente o el
aceite pesado es significativamente menos variable que el material
plástico residual, mientras que la composición química de los
condensados y/o los gases no condensables es más constante que la de
la alimentación de plástico residual.
Este es un factor significativo debido a que el
aceite craqueado térmicamente constituye 70% en peso a 80% en peso
del material de alimentación al gasificador. Por lo tanto, una
composición estable es importante. La variación en la composición
química de los condensados puede atenuarse mediante mezcladura. La
variación de la composición en los gases no condensables puede
tratarse usando estos gases como un combustible para la unidad de
calentamiento empleada en el procedimiento de licuefacción.
El procedimiento de la invención es capaz de
oxidar parcialmente los materiales plásticos residuales que
contienen halógeno licuados hasta gas de síntesis útil, con
descarga de líquido mínima, y es medioambientalmente atóxico. Por
``medioambientalmente atóxico'' se entiende que sustancialmente no
se liberan gases, líquidos o sólidos tóxicos al medio ambiente. El
procedimiento se diseña para autocontener y no liberar cualesquiera
vapores, líquidos o sólidos tóxicos. Así, no entran en el medio
ambiente vapores, líquidos o sólidos en partículas peligrosos. El
subproducto de escorias es vítreo y no percolable, y puede usarse
como relleno de tierras o en la construcción.
El término ``escorias vítreas'' se refiere a
escorias que se unen químicamente o físicamente a elementos y/o
compuestos que pueden ser peligrosos para el medio ambiente en su
estado libre. Estos elementos y/o compuestos unidos son resistentes
a la percolación desde las escorias. Por consiguiente, las escorias
vítreas producidas aquí son escorias medioambientalmente
atóxicas.
La reducción del tamaño de partícula del plástico
residual a granel en procedimientos convencionales antes de la
licuefacción es quizás uno de los aspectos más costosos de una
operación de recuperación de plásticos residuales. Una ventaja
principal del procedimiento de la invención es que sólo se necesita
una reducción de tamaño mínima del plástico de las escorias. La
reducción de tamaño hasta un tamaño de partícula medio de 0,46
metros (18 pulgadas) es todo lo que se necesita para alimentar el
material plástico residual a la etapa de licuefacción. Sin embargo,
reducir el tamaño de partícula hasta un diámetro de partícula medio
de 152 mm (6 pulgadas) y preferiblemente 51 mm (2 pulgadas) es
deseable para facilitar la retirada magnética de contaminantes o
componentes metálicos contenidos en el plástico de las escorias.
Estos tamaños de partícula indican materiales plásticos residuales
a granel en partículas que se han sometido a una reducción del
tamaño de partícula mínimo y que pueden transportarse
convenientemente, tal como bombeando los materiales plásticos
residuales a granel en partículas hasta el recipiente de
licuefacción.
En contraste, los procedimientos de licuefacción
convencionales requieren una reducción del tamaño de partícula del
plástico residual hasta menos de 1 centímetro. Esto requiere
generalmente un equipo de trituración y otros equipos costosos y
condiciones especiales para evitar la fusión y la aglomeración del
plástico a partir del calor mecánico generado por tales operaciones
de trituración.
Por lo tanto, el procedimiento de la invención
puede caracterizarse como ``robusto'' debido a su potente capacidad
para licuar y oxidar parcialmente materiales plásticos residuales
con una cantidad mínima de reducción de tamaño. Esta es una
característica de un beneficio importante de la invención.
Otra ventaja del procedimiento de la invención es
que el calor necesario para fundir y craquear el material plástico
residual para formar un líquido o aceite caliente se suministra de
forma sustancialmente completa mediante valores térmicos
recuperados de las etapas de operación del procedimiento. Por lo
tanto, el procedimiento puede caracterizarse como sustancialmente o
completamente autógeno.
Las condiciones de la técnica anterior para la
deshalogenación son mucho más limitativas que las operaciones de
fusión, reducción de la viscosidad y craqueo simples efectuadas de
acuerdo con la presente invención. Esto se debe a que los
procedimientos de la técnica anterior funcionan para dar un producto
líquido con menos de 200 partes por millón (ppm) de haluro,
preferiblemente menos de 50 ppm. En la presente invención, la
deshalogenación que se produce durante la licuefacción es
accidental, y no necesaria, ni incluso particularmente deseable.
Los procedimientos de la técnica anterior craquean y trabajan para
deshalogenar mientras que la presente invención craquea y trabaja
principalmente para disminuir la viscosidad del aceite craqueado
formado a partir del material plástico residual.
La deshalogenación convencional produce una
corriente de ácido halogenado contaminada con materiales orgánicos
tales como ácidos orgánicos, compuestos aromáticos, ésteres,
aldehídos, glicoles y similares. Esta corriente de ácido halogenado
es adecuada sólo para la incineración para recuperar ácidos o sales
halogenados puros, y no puede venderse como un ácido debido a la
fracción orgánica contenida en la misma. Tampoco es útil como un
combustible o material de alimentación orgánico debido a que el
contenido de halógeno es corrosivo para el equipo de combustión y
requiere el lavado de los gases de la chimenea para evitar
emisiones de ácido halogenado, tal como HCl. Si se usa como un
material de alimentación orgánico, el contenido de halógeno puede
envenenar el catalizador y contaminar el producto.
Independientemente de la presente invención, la corriente ácida de
la deshalogenación de plásticos debe incinerarse para dar un ácido
libre de material orgánico.
El material plástico residual usado en el
procedimiento de la invención puede derivarse de plásticos
termoplásticos o termoestables que se han usado en las industrias
del envasado, estructural, de la construcción, eléctrica y textil.
Lo más a menudo, estos materiales son plásticos obsoletos o
residuales que ya no son deseables y se han usado en la fabricación
de artículos para uso diario en el hogar o la industria, tales como
recipientes, materiales de envasado, dispositivos domésticos,
equipos deportivos y juguetes. Los materiales plásticos residuales
también pueden derivarse de partidas de fabricación fallidas y
restos inutilizables y residuos de la producción y el procesamiento
de diversos artículos de plástico. Así, los residuos plásticos
pueden caracterizarse simplemente como un material plástico
residual u obsoleto ya consumido que no puede regenerarse o
reutilizarse económicamente. Todos los plásticos encontrados en los
residuos domésticos pueden ser tolerados en el procedimiento.
Preferiblemente, el contenido de halógeno del
material plástico residual varía de 0,5% en peso a 10% en peso.
Materiales plásticos residuales que pueden usarse
en la presente invención incluyen poliolefinas, resinas vinílicas
tales como poli(cloruro de vinilo), poli(acetato de
vinilo) y poli(alcohol vinílico). Además, también pueden
usarse poliestirenos, policarbonatos, poli(óxidos de metileno),
poliacrilatos, poliuretanos, poliamidas, poliésteres y resinas
epoxídicas endurecidas.
En referencia a la figura, los materiales 2
plásticos residuales a granel que contienen halógeno se alimentan a
un recipiente 3 de fusión donde el material 2 plástico residual
entra en contacto directo con medio 14 de fusión de aceite caliente
bajo condiciones sustancialmente libres de oxígeno y a la
temperatura mínima necesaria para fundir el plástico residual para
formar una mezcla 4 viscosa fundida que comprende el material 2
plástico residual que contiene halógeno y el aceite 14 caliente. La
temperatura de fusión del plástico residual a granel se mantiene
tan baja como sea posible para minimizar la producción de gases 6
de escape que se vaporizan del material plástico residual durante la
etapa de fusión y comprenden haluros de hidrógeno, hidrocarburos
ligeros, halohidrocarburos, tales como cloruro de metilo y cloruro
de etilo, y dióxido de carbono y vapor de agua. El compuesto que
contiene halógeno más común es el cloruro de hidrógeno que se
produce principalmente a partir de poli(cloruro de vinilo)
residual. El intervalo de temperatura de fusión preferido es de
110ºC a 375ºC.
Preferiblemente, la etapa de fusión se efectúa en
ausencia de un catalizador.
La corriente 6 de vapor de gas de escape generada
a partir del material plástico residual durante la etapa de fusión
se hace pasar a un enfriador 7. La mezcla 4 viscosa fundida de
plástico fundido en aceite caliente se hace pasar al calentador 5
que funciona a la temperatura mínima necesaria para craquear
térmicamente la mezcla 4 plástica viscosa fundida en una composición
8 de aceite caliente que contiene halógeno, de punto de ebullición
inferior y peso molecular inferior, con viscosidad reducida. La
viscosidad preferida es menor que 3 Pa.s (3.000 centipoises (cp)),
preferiblemente 1 Pa.s (1.000 cp) o menos, en donde la viscosidad
se mide a la temperatura de salida del calentador 5, que varía de
350ºC a 450ºC, y también es el intervalo de temperatura operativo de
la operación de craqueo térmico. Hacer funcionar el calentador 5 a
esta temperatura minimiza la cantidad de corriente 9 de vapor de
gas de escape que generalmente comprende haluros de hidrógeno,
halohidrocarburos, hidrocarburos ligeros y dióxido de carbono.
Sustancialmente no se produce vapor de agua en la
corriente 9 de gas de escape que se separa del aceite 8 craqueado
caliente. La corriente 9 de vapor de gas de escape y la corriente 6
de vapor de gas de escape entran en el enfriador 7 en el que sufren
condensación a una temperatura de 20ºC a 70ºC, para formar una
corriente 18 de gas condensado que comprende un condensado miscible
con agua, un condensado de hidrocarburo no miscible con agua y
cualesquiera haluros condensados. Si se desea, el condensado de
hidrocarburo no miscible con agua o una porción del mismo puede
separarse, purificarse y venderse comercialmente. También se
produce una corriente 12 de gas orgánico no condensado que sirve
como un combustible para el calentador 5. Una porción 14 de
corriente 8 de aceite craqueado caliente se recicla al recipiente 3
de fusión para servir como el medio de fusión.
Típicamente, la corriente 14 de aceite caliente
se recicla al recipiente 3 de fusión a una relación en peso de
corriente 14 de aceite caliente a materiales 2 plásticos residuales
a granel de 1:1 a 6:1, respectivamente.
También se ha encontrado que introduciendo
H_{2}O en el recipiente 3 de fusión y/o el calentador 5, puede
suprimirse o minimizarse la formación de compuestos gaseosos de
halohidrocarburo y otros compuestos polares tales como acetona en
las corrientes 6 y 9 de gas de escape. El clorometano o cloruro de
metilo, CH_{3}Cl, es el más volátil de los halohidrocarbonos
formados a partir de la licuefacción de materiales plásticos
residuales, y es el más propenso a contribuir a los problemas
provocados por el contenido de cloro del gas 12 combustible no
condensado que entra en el calentador 5 de procesamiento.
Para suprimir la formación de compuestos gaseosos
de halohidrocarbono, puede introducirse H_{2}O, preferiblemente en
forma de vapor de agua, en la mezcla 4 fundida de aceite/plástico
y/o la corriente 8 de aceite craqueado y/o la corriente 14 de
aceite caliente de reciclado y/o directamente en el recipiente 3 de
fusión. Además, el material 2 plástico residual a granel puede
ponerse en contacto con H_{2}O a medida que se introduce en el
recipiente 3 de calentamiento.
Otra ventaja de introducir vapor de agua o agua
en el procedimiento de licuefacción es que el vapor de agua puede
condensar una cantidad sustancial de vapor de cloruro de hidrógeno
(HCl). El agua de procesamiento condensa vapores de ácido
halogenado en las corrientes 6 y 9 de gas de escape, evitando o
minimizando así que los vapores de ácido halogenado entren a formar
parte de la corriente 12 de gas no condensable que entra en el
calentador 5. Sin embargo, la cantidad de H_{2}O debe controlarse
cuidadosamente para unos resultados óptimos. Incrementar la
cantidad de agua incrementa la carga sobre el enfriador/condensador
12. Se ha encontrado que de 5% en peso a 15% en peso de agua en la
alimentación de plástico residual al recipiente 2 de fusión o
introducido en la sección del reactor del gasificador 10 representa
un buen equilibrio entre el contenido de ácido en gases no
condensables y la carga térmica sobre los enfriadores.
El contenido de agua de los materiales 2
plásticos residuales es generalmente suficiente para suministrar la
cantidad necesaria de vapor de agua para suprimir la formación de
compuestos gaseosos de halohidrocarbono. Sin embargo, la presencia
de halohidrocarbonos en la corriente 12 de gas no condensado
indicaría la necesidad de vapor de agua adicional del orden de 5%
en peso de H_{2}O a 10% en peso de H_{2}O, basado en el peso
total de la alimentación de plástico residual.
Se ha encontrado que 10% en peso de H_{2}O en
forma de vapor de agua, basado en el peso total de la alimentación
de plástico residual, añadido directamente a la mezcla fundida de
aceite/plástico alimentada al calentador da como resultado una
reducción de 86% de clorometano en el gas de escape.
La corriente 18 de gas condensado que contiene
cualesquiera haluros condensados restantes se alimenta al
gasificador 10 para la reacción de oxidación parcial. Durante la
reacción de oxidación parcial, se produce un gas de síntesis que
comprende monóxido de carbono, hidrógeno, dióxido de carbono, vapor
de agua y haluros gaseosos HX, donde X puede ser cloro, flúor,
bromo o yodo.
La corriente 12 de gas no condensado procedente
del enfriador 7 que entra en el calentador 5 sirve como un
combustible en el mismo para incrementar la temperatura hasta el
nivel necesario para craquear térmicamente el plástico 4 fundido
viscoso en la corriente 8 de aceite caliente craqueado. La
temperatura de craqueo varía de 360ºC a 430ºC. Una porción de la
corriente 8 de aceite caliente craqueado que sale del calentador 5
se divide en las corrientes 14 y 16 después de que la corriente 9
de gas de escape se separe de la misma. La corriente 14 de aceite
craqueado caliente se recicla al recipiente 3 de fusión para servir
como el medio de fusión de aceite caliente usado para entrar en
contacto directamente y fundir el material 2 plástico residual que
entra en el recipiente 3 de fusión.
Durante el inicio, aceite de motor usado, o
cualquier aceite de baja volatilidad, o aceite craqueado retenido
del procedimiento puede usarse como el medio de fusión. Sin
embargo, una vez que el procedimiento se ha hecho operativo, la
corriente 14 de reciclado de aceite craqueado caliente proporciona
sustancialmente o completamente todo el medio de fusión necesario
para fundir los materiales 2 plásticos residuales a granel que
contienen halógeno en el recipiente 3 de fusión.
La corriente 16 de aceite craqueado caliente
entra en el gasificador 10 con la corriente 18 de gas condensado
para servir como el reaccionante hidrocarbúrico completo o
sustancialmente completo para la reacción de oxidación parcial. La
corriente 16 de aceite craqueado contiene el restante contenido de
halógeno no vaporizado del material plástico residual, que pude
variar de 0,01% en peso a 2% en peso de corriente 16 de aceite.
Oxígeno o una corriente 22 de gas que contiene oxígeno, tal como
aire, se alimenta a la zona de reacción (no mostrada) del
gasificador 10 de extinción para servir como el agente oxidante para
la reacción de oxidación parcial.
Puede usarse un material 20 de bajo índice de
calentamiento como un moderador de temperatura para controlar la
temperatura en la zona de reacción del gasificador. El material 20
de bajo valor de calentamiento se hace pasar a la zona de reacción
del gasificador en cantidades suficientes para controlar o moderar
la temperatura en la zona de reacción hasta de 1.200ºC a 1.600ºC. El
moderador de la temperatura puede ser agua, cenizas, gases inertes
o mezclas de los mismos.
La reacción de oxidación parcial efectuada en el
gasificador 10 con el aceite 16 craqueado, los gases 18 condensados
y el agente 22 oxidante produce un gas de síntesis que comprende
principalmente monóxido de carbono e hidrógeno, y cantidades
menores de dióxido de carbono, vapor de agua, sulfuro de hidrógeno,
sulfuro de carbonilo, haluros de hidrógeno y metano. También se
produce un subproducto de escorias fundidas.
El gas de síntesis y las escorias se hacen pasar
a la zona de extinción (no mostrada) del gasificador 10 y se ponen
en contacto con agua, denominada ``agua de extinción''. El gas de
síntesis lavado sale de la zona de extinción del gasificador 10
como una corriente 24 de gas de síntesis y se purifica para uso
adicional. Las escorias 2 salen de la zona de extinción del
gasificador 10 y están en un estado vítreo no percolable y son
medioambientalmente atóxicas. Las escorias 28 pueden usarse como un
material de construcción, para rellenar carreteras u otro
propósito. Los gases de haluro de hidrógeno que se producen en la
zona de reacción del gasificador se condensan para formar haluros de
ácido que se neutralizan en la zona de extinción para formar sales
de haluro, tales como NH_{4}Cl, NaCl, CaCl_{2}, MgCl_{2}, o
cualquier otra sal de haluro equivalente, sustituyendo el cloro por
otro halógeno.
Una porción 26 del agua de extinción procedente
de la zona de extinción del gasificador 10 se retira continuamente y
se denomina comúnmente la ``purga''. La corriente 26 de purga
contiene cualquier material sólido en partículas residual finamente
dividido restante y las sales de haluro condensadas. La cantidad de
agua 26 de extinción de purga que se retira continuamente de la zona
de extinción del gasificador se basa en el contenido de haluro y la
cantidad de sólidos residuales contenidos en el agua de extinción.
El contenido de haluro y la cantidad de sólidos residuales
finamente divididos se miden periódicamente de las muestras o
mediante un analizador de procesamiento. La velocidad de agua 26 de
extinción retirada, también denominada ``la velocidad de purga'',
se fija para mantener la concentración de sal de haluro muy por
debajo de su concentración de saturación bajo todas las condiciones
de trabajo en el sistema de agua de extinción. Típicamente, estas
concentraciones de sal varían de 1.000 ppm a 20% en peso del
sistema de agua de extinción. La velocidad de retirada del agua de
extinción se coordina y se regula con el agua de extinción
suministrada a la zona de extinción para mantener un suministro
constante y estable de agua de extinción en la zona de
extinción.
Una mezcla de materiales plásticos residuales se
calienta hasta 750ºF (399ºC) y se funde en un reactor discontinuo
agitado a 0,1 MPa (una atmósfera) y se mantiene a esta temperatura
durante 30 minutos, para dar 80% en peso de aceite, 15% en peso de
vapor condensable y 5% en peso de vapor no condensable (a 32ºC
(90ºF)) y 0,1 MPa (1 atmósfera). La viscosidad del aceite obtenido
como producto es aproximadamente 300 centipoises a 316ºC (600ºF). A
427ºC (800ºF) y las mismas condiciones de tiempo y presión, es
decir, 0,1 MPa (1 atmósfera) y 30 minutos, el rendimiento de gas se
incrementa hasta 20% en peso y está por encima del combustible
necesario para la fase de licuefacción, y es inadecuado para la
gasificación, de modo que no sería económicamente factible comprimir
el gas en exceso e introducirlo en el gasificador. Por lo tanto, el
gas en exceso sería utilizable sólo si fuera capaz de combinarse
con la utilización in situ de gas combustible asociada.
Se añaden varias toneladas de materiales
plásticos residuales ya consumidos durante un período de 5 días a
un depósito de masa fundida en el que el medio de fusión de partida
inicial es aceite de motor usado, hasta que se reemplaza mediante
la circulación continua de la mezcla de aceite craqueado y plásticos
a un calentador de procesamiento encendido y de nuevo al depósito
de masa fundida como en la figura. La temperatura de fusión varía
de 204ºC (400ºF) a 371ºC (700ºF) a 0,1 MPa (1 atmósfera) de
presión. Toda la mezcla fundida se calienta hasta 416ºC (780ºF) en
el calentador de procesamiento encendido y se devuelve al depósito
de masa fundida. Promediada durante varios días, la relación de
aceite reciclado a alimentación de plástico supera 50:1. La masa de
vapor condensable y gas no condensable generada es equivalente a la
masa de plásticos añadida.
Se añaden varias toneladas de materiales
plásticos residuales ya consumidos al depósito 3 de masa fundida
durante un período de 12 días. La mezcla de aceite y plásticos
fundidos que abandona el depósito de masa fundida se hace circular a
través de un calentador 5 encendido y se devuelve al depósito 3 de
masa fundida como en la figura, excepto que una porción de
condensado y aceites pesados se retiran para su almacenamiento
periódicamente para mantener niveles en los recipientes de
procesamiento. Los aceites se gasifican más tarde desde el
almacenamiento. Los vapores condensables y los gases no condensables
se retiran continuamente a depósitos de almacenamiento. La mezcla
fundida se calienta hasta temperaturas que varían de 343ºC (650ºF)
a 416ºC (780ºF) en el calentador 5 antes de recircularse al
depósito 3 de masa fundida que funciona entre 260ºC (500ºF) y 360ºC
(680ºF). El tiempo de permanencia en el calentador 5 es de 5
minutos como promedio. El rendimiento de gas varía de 10 a 20 por
ciento en peso, y el rendimiento de aceite craqueado varía de 60 a
80% en peso. Casi no se observa reducción de la viscosidad de la
mezcla de plástico/aceite craqueado a temperaturas de craqueo por
debajo de 343ºC (650ºF). La viscosidad del aceite craqueado que
abandona el calentador de procesamiento varía de 0,08 a 0,3 Pa.s
(de 80 a 300 centipoises) a 316ºC (600ºF). El aceite derivado del
plástico y el condensado generado sufren oxidación parcial en el
gasificador 10.
El comportamiento de gasificación de este aceite
es igual o mejor que el de otros aceites pesados comercialmente
gasificados ya que la conversión de carbono en gas de síntesis es
superior a las mismas condiciones de gasificación. En todos estos
casos, quedaba en el aceite pesado menos de 20% en peso del cloro en
los plásticos de la alimentación.
Claims (7)
1. Un procedimiento de licuefacción para
convertir un material plástico residual a granel que contiene
halógeno en el material de alimentación hidrocarbúrico líquido para
una reacción de oxidación parcial para producir un gas de síntesis,
que comprende:
- (a)
- fundir un material plástico residual a granel que contiene halógeno, que tiene un tamaño de partícula medio que no supera 0,46 metros (18 pulgadas), en una zona de fusión en contacto directo con un medio de calentamiento de aceite caliente a una temperatura mínima necesaria para fundir el material plástico residual y en presencia de agua para suprimir la formación de vapores de halohidrocarbono para producir una mezcla viscosa fundida del material plástico residual que contiene halógeno con el aceite caliente, y un primer gas de escape;
- (b)
- craquear térmicamente la mezcla viscosa fundida de aceite/plástico en una zona de calentamiento a una temperatura mínima necesaria para craquear térmicamente el material plástico viscoso fundido para producir una composición de aceite craqueado que contiene halógeno de viscosidad reducida;
- (c)
- retirar el aceite craqueado de la zona de calentamiento y separarlo de modo que una porción del mismo se recicle a la zona de fusión para servir como el medio de fusión de aceite caliente y el resto se haga pasar a la zona de reacción de un gasificador de extinción;
- (d)
- oxidar parcialmente el aceite craqueado en la zona de reacción de un gasificador de extinción en donde el aceite craqueado sirve como el reaccionante hidrocarbúrico primario en una reacción de oxidación parcial no catalítica para producir un gas de síntesis que contiene haluros de hidrógeno;
- (e)
- extinguir el gas de síntesis en la zona de extinción del gasificador, en donde el gas de síntesis se pone en contacto con un agente neutralizador que contiene agua de extinción para neutralizar los haluros de hidrógeno en el gas de síntesis y formar de ese modo sales de haluro condensado que se separan y se recuperan del agua de extinción, y un gas de síntesis libre de halógeno.
2. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el primer gas de escape se enfría y se
condensa para formar un condensado miscible con agua, un condensado
no miscible con agua y una mezcla de gases no condensados.
3. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el material plástico residual a granel
que contiene halógeno proporciona sustancialmente todo el
reaccionante hidrocarbúrico para la reacción de oxidación
parcial.
4. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la etapa de fusión se efectúa en
ausencia de un catalizador.
5. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el contenido de halógeno de los
materiales plásticos residuales varía de 0,5% en peso a 10% en
peso.
6. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el material plástico residual a granel
que contiene halógeno se funde a una temperatura de 110ºC a
375ºC.
7. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que un material de bajo índice de
calentamiento, seleccionado del grupo que consiste en agua,
cenizas, gases inertes y mezclas de los mismos, se introduce en la
zona de reacción del gasificador para servir como un moderador de
la temperatura.
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