Danny Bautista LópezSteven Ortiz Narváez19 de febrero de 2015

OPTIMIZACION DE LAS VARIABLES PARA OBTENER MEJORES RENDIMIENTOS(Ingeniería de Reacciones)

Alquitrán aromático: hacer negro de humo, la fracción solida si puede utilizar como precursor para carbones activados

Resumen: La pirolisis de neumáticos se fundamenta en la descomposición química de la materia, esta se lleva a cabo en un reactor con temperaturas que pueden oscilar entre 150 y 900° C aproximadamente, además este proceso termoquímico se realiza en ausencia de oxígeno y se puede obtener esencialmente tres productos: carbón residual, gases y líquidos. Esta investigación se basa en el rendimiento de negro de humo a partir de variables como la temperatura, presión, velocidad de calentamiento, catalizador y el tiempo que dura la pirolisis. En general, los productos de neumático del proceso de pirolisis contiene 5-20% en peso de gas en hidrocarburos c1-c4 e hidrogeno, 40-60% en peso de líquido que son mezclas de parafinas, aromáticos y olefinas, un 30-40% en peso de sólidos que se compone principalmente negro de carbón y otros aditivos (azufre, zinc, arcillas, sílice).

Las llantas contienen alto poder calorífico y pueden ser utilizadas como fuentes de energía, generando así dióxidos de azufre, dioxinas, aromáticos poli-cíclicos, compuestos orgánicos volátiles que son liberados al aire por la combustión incompleta, los datos reportados en literatura demuestran que la combustión de volátiles en neumáticos son 136,51g de CO2/kW-h [2]. Una de las alternativas más viables para mitigar las emisiones a la atmosfera es la pirolisis y se rige a partir de variables como el tamaño de partícula, tiempo de reacción, velocidad de calentamiento, velocidad de flujo, tipo de atmosfera, la composición de alimento que puede influir en el rendimiento, temperatura y la calidad del producto. La pirolisis es un tratamiento termoquímico que permite romper los enlaces químicos [2], produciendo radicales libres altamente reactivos que a menudo son sub-unidades de la molécula de caucho inicial, este proceso se realiza en una atmosfera inerte con una fuente de calor, además es un proceso endotérmico que se mantiene por la temperatura del reactor donde ocurren reacciones como la isomerización, des-hidrogenación, deshidratación, entre otros, la degradación térmica del neumático comienza a 225°C a presión atmosférica y a 150°C en una presión de vacío, el proceso genera moléculas pequeñas descomponiendo polímeros de caucho generando un producto de tres fases; gas combustible, aceite, carbón con residuos solidos. La pirolisis de neumáticos para rendimientos aceptables de la fase liquida utiliza reactores como son el BFBR, CFBR, vacío y proceso de ablación y reactor de barrera, para escala industrial los más eficaces son el reactor rotatorio de horno (RKR) y el reactor de lecho fluidizado. [3]

1. Variables que rigen en el proceso de pirólisis de neumáticos

Una de las variables más importantes en este proceso termoquímico es la temperatura, debido que ejerce un efecto considerable en el rendimiento de los productos, siendo una de las variables a manipular en el reactor. En procesos a bajas temperaturas (<550°C) se obtienen aceites y alquitranes, a una temperatura media (550-800°C) se puede producir metano e hidrocarburos, finalmente a temperaturas que estén por encima de los 800 °C hay una producción de gas de bajo poder calorífico. El rendimiento de carbón disminuye a medida que se aumenta la temperatura del

reactor ya que a una temperatura entre 380 y 500°C se obtiene la fase de carbonización y es donde hay una concentración de carbón en los residuos, asimismo los rendimientos del gas y el líquido aumentan hasta una temperatura de 720°C aproximadamente. Los rendimientos de los productos no presenta variaciones en el rango de temperaturas de 500°C a 1000°C [3],[4],[5], sin embargo el incremento de la temperatura aumenta los rendimientos de gases disminuyendo el rendimiento de la fase liquida bajo las condiciones de la generación de segundas reacciones [8], Finalmente la composición química de los neumáticos pueden afectar los rendimientos ya que se necesita de más energía térmica para hacer el proceso de pirolisis ya que se estima una variación significativa del orden del 10% para el proceso termoquímico de los neumáticos de diferentes marcas [1].” Por otra parte, la fracción sólida también puede aumentar a medida que aumenta la temperatura de pirolisis. Este comportamiento ocurre generalmente en reactor de lecho fluidizado y reactor de lecho a chorro o en procesos de muy alta temperatura donde se favorece el alquitrán y la formación de carbón” [sic.]Otra de las variables de estudio en la pirolisis es la presión que tiene efecto en los rendimientos de sólidos, líquido y gas. El aumento en la presión no es viable para mejorar el rendimiento de carbón, ya que se está favoreciendo los productos líquidos y se está contribuyendo a que hallan reacciones secundarias, además de una deshidrogenación en este proceso termoquímico. Asimismo, si este proceso se llevara a cabo a bajas presiones el rendimiento de solidos seria bajo y se daría una disminución en la temperatura del proceso, haciendo menor el tiempo de residencia de los productos volátiles y limitando las reacciones secundarias que puedan darse en el proceso.La velocidad de calentamiento en un proceso de pirolisis es primordial, ya que afecta directamente la velocidad de reacción del proceso y establece un perfil de temperatura dentro de las partículas. “Además, la velocidad de calentamiento está directamente relacionada con las características del reactor y el proceso” [sic]. Si hay un aumento en la velocidad, la degradación del neumático es rápida y por ende habrá una transferencia de calor mayor, aumentando así la temperatura en el reactor y como ya se había discutido anteriormente el aumento de temperatura en este proceso termoquímico no favorece el rendimiento de los sólidos y como posible consecuencia habría un aumento de gas en este proceso.

Las llantas pueden tener mas de cien compuestos diferentes

La producción de un char agente reforzado de pirolizó chatarra-neumático

¿recuperación de calor? Un problema digno de mención consiste en transferir el calor de manera

eficiente para conducir el proceso de pirólisis de una manera tal que la temperatura se distribuya uniformemente

Cauchos reforzados por chatarra carbón caucho

Sin embargo, las experiencias actuales de las plantas tanto piloto / demostración e industriales son relativamente pocos en el mundo. La razón principal es la falta de explotación de la fracción sólida que afecta directamente la viabilidad económica del proceso.

En general, un neumático de desecho resultados del proceso de pirólisis en 5-20% en peso de gas, 40-60% en peso de líquido y un 30-40% en peso de sólidos, dependiendo de las condiciones de funcionamiento [1]  y  [7] . El producto en fase sólida o carbón pirolítico se compone principalmente de negro de carbono y otros aditivos o rellenos (zinc, azufre, arcillas y sílice) [8]  y  [9] . El

carbón se puede utilizar como un combustible directamente o, después de la actualización, como un negro de carbono o carbono activado [8] , [10]  y  [11] . Los productos en fase gaseosa son típicamente hidrocarburos C1-C4 y de hidrógeno [12] y se pueden utilizar en el lugar como combustible para proporcionar los requerimientos de energía para el proceso de pirólisis [13] . Los productos en fase líquida o derivado de llantas-aceite (TDO) son típicamente una mezcla de parafinas, olefinas y compuestos aromáticos [14] y tienen un valor muy alto poder calorífico entre 40-45 MJ kg -

1 [7]  y  [15] [1] Dipenteno alto valor obtenido de pirolisis a temperaturas relativamente bajas La pirolisis es endotermca y no hay mercado para para los aceites derivados de

la slantas,un compuesto que tiene parafinas, olefinas y aromáticos (dipenteno, benceno, xileno, tolueno, etilbenceno…

El el producto gaseoso hay isopreno y butadieno lasificado las reacciones implicadas en la pirólisis de los neumáticos en tres

grupos: reacción de pirólisis primaria (250-520 ° C), reacción post-craqueo secundario de volátiles pirolíticos (600-800 ° C) que afectan en gran medida el rendimiento de BTX, y CB reacción pirolítica gasificar con CO 2 / H 2 O / O 2 en los gases (750-1000 ° C). Según los autores, la importancia de cada grupo de reacción depende de dos parámetros: la temperatura y el tiempo de reacción, como se indica por las velocidades de reacción en la ecuación de Arrhenius.

Por ejemplo, una velocidad de calentamiento superior mejora la rotura de enlaces y podría conducir un rendimiento líquido superior, así como una reducción secundaria reacciones. Aun así, dependiendo del tiempo de residencia de las sustancias volátiles, es posible encontrar un aumento en el rendimiento de carbón a expensas de la formación de líquido, como consecuencia de la aparición de las reacciones secundarias. Más detalles sobre este las condiciones del proceso se presentan en la siguiente sección.

La pirólisis se puede también clasificarse sobre la base del medio ambiente usados tales como la pirólisis oxidativa, hidro-pirólisis, vapor-pirólisis, catalítico de la pirólisis y la pirólisis de vacío, y también en función del sistema calentador como el horno de microondas o plasma de pirólisis.

Pirolisis lenta; el objetivo de la pirólisis lenta es la producción char, aunque también se obtienen de alquitrán y los gases pero no necesariamente se recuperaron.

Bibliografia

[1] http://www.sciencedirect.com.ezproxy.utadeo.edu.co/science/article/pii/S0165237014003751#

[2] http://www.sciencedirect.com.ezproxy.utadeo.edu.co/science/article/pii/S1364032113001408

[3] I. Rodríguez, M.F. Laresgoiti, M.A. Cabrero, A. Torres, M.J. Chomón, B. Caballero

Pyrolysis of scrap tires Fuel Processing Technology, 72 (2001), pp. 9–22

[4] C. Roy, B. Labrecque, B. Caumia Recycling of scrap tires to oil and carbon

black by vacuum pyrolysis Resources, Conservation and Recycling, 4 (1990), pp. 203–213

[5] S. Ucar, S. Karagoz, A.R. Ozkan, J. Yanik Evaluation of two different scrap tires

as hydrocarbon source by pyrolysis Fuel, 84 (2005), pp. 1884–1892.

[6] G. San Miguel, G.D. Fowler, C. Sollars Pyrolysis of tire rubber: porosity and

adsorption characteristics of the pyrolytic chars Industrial & Engineering Chemistry

Research, 37 (1998), pp. 2430–2435.

[7].http://www.sciencedirect.com.ezproxy.utadeo.edu.co/science/article/pii/S1364032113001408

[8] Y.-M. Chang On pyrolysis of waste tire: degradation rate and product yields

Resources, Conservation and Recycling, 17 (1996), pp. 125–139