MXPA06012084A - Metodo y aparato para gasificar llantas de automovil de desecho a fin de producir carbono solido de alta calidad y gas de sintesis no condensable. - Google Patents

Abstract

Un metodo para producir selectivamente gases de hidrocarburo condensable y gases de sintesis no condensable derivados de trozos de llantas de desecho en un reactor giratorio individual que tiene un area de reaccion de crisol de secado y volatilizacion contigua a un area de reaccion de crisol de reformacion, que incluye los pasos para alimentar los trozos de llantas de desecho en el area de secado y volatilizacion, calentar los trozos de llantas en el area de secado y volatilizacion a una temperatura de aproximadamente 500 degree C hasta aproximadamente 6000 degree C, secar y volatilizar los trozos de llantas para formar un gas de trabajo caliente y materia carbonosa solida residual caliente; elevar la temperatura del gas de trabajo caliente y la materia carbonosa solida residual caliente a una temperatura en el rango de desde aproximadamente 600 degree C hasta aproximadamente 1000 degree C, y reformar termicamente el gas de trabajo caliente para formar una composicion de gas de sintesis; y materia carbonosa solida residual caliente. Tambien se describe el aparato para producir carbono de alta calidad y de gas de sintesis a partir de llantas de automovil de desecho.

Description

"MÉTODO Y APARATO PARA GASIFICAR LLANTAS DE AUTOMÓVIL DE DESECHO A FIN DE PRODUCIR CARBONO SÓLIDO DE ALTA CALIDAD Y GAS DE SÍNTESIS NO CONDENSABLE" CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es un método y aparato para procesar llantas de automóvil de desecho en un reactor de gasificación con el propósito principal de producir productos de carbono de alta calidad (sólido residual), y con el propósito secundario de producir un gas de síntesis de alta calidad no condensable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En 2002, la producción mundial de DRI (Direct Reduced Iron - Hierro Reducido Directo) estableció una nueva marca mundial de 45 millones de toneladas. 90.2% se procesó por gas natural. 9.8% fue a base de carbón El Hierro Reducido Directo (DRI) es un producto metálico de alta calidad producido a partir de hierro que es utilizado para alimentar los hornos de arco eléctrico, altos hornos y otras aplicaciones de fabricación de hierro y acero. El DRI se produce como conglomerados, comprimidos y briquetas. Los siguientes procesos utilizan carbón como reductor: SL/RN JINDAL DRC GHAEM CODIR Horno de Crisol Giratorio SIIL OSIL TISCO KINGLOR-METOR DEEPAK SCAN SURYAA La materia orgánica, que incluye llantas, desechos sólidos, o biomasa, puede procesarse térmicamente de acuerdo con esta invención para proporcionar carbono sólido para la reducción de mineral de hierro en los procesos anteriormente mencionados. Los procesos industriales existentes que utilizan la energía potencial contenida en las llantas de automóvil de desecho lo hacen básicamente por métodos de incineración o pirólisis. Por ejemplo, además de las consideraciones ambientales, el contenido de metales volátiles y azufre en las llantas de automóvil es un factor limitante en la cantidad de llantas de desecho que pueden utilizarse como energía de combustión (incineración) en hornos de cemento y calentadores de vapor. Debido a la naturaleza inherente de procesos de pirólisis calentados indirectamente y al grado limitante de calentamiento interno y de los agentes oxidantes proporcionados, solamente aproximadamente 10% a 15% del peso se convierte en gas de síntesis, mientras que 40% a 50% del peso se convierte en un destilado viscoso de tipo petróleo y 40% a 50% del peso permanece como una calcinación de carbono. La contaminación de crudo sintético del producto de calcinación de carbono disminuye su valor y aplicaciones comerciales potenciales. Además, la naturaleza inherente de los destilados en retorta calentados indirectamente (procesos de pirólisis) limita enormemente la capacidad de escalar tales procesos a fin de alcanzar una economía de escala aceptable de los niveles de producción. En vista de las limitaciones anteriores tanto de los procesos de incineración como de pirólisis para reciclar llantas de automóvil de desecho de manera ambientalmente segura y eficiente, la presente invención ofrece ventajas de economía de escala, gas de síntesis de alta calidad y calcinación de carbono limpia sin producir los derivados problemáticos del destilado viscoso de tipo petróleo. El proceso de esta invención es capaz de fisurarse térmicamente y disociar el vapor/gas de hidrocarburo complejo (desprendido de los trozos de llanta durante la fase de calentamiento) a tal grado que no más de aproximadamente medio punto porcentual (en volumen) de gases con una estructura molecular que tiene más de dos átomos de carbono permanece en el flujo de gas de síntesis de producto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un método y aparato para procesar llantas de automóvil de desecho en un reactor de gasificación para el propósito principal de producir productos de carbono de alta calidad (sólidos residuales), y para el propósito secundario de producir un gas de síntesis no condensable de alta calidad. El carbono sólido es de calidad suficiente para reemplazar al carbono derivado del carbón natural en los procesos de reducción de metal basados en carbono que incluyen la producción de hierro reducido directamente en procesos tales como reactores de crisol giratorio y de horno giratorio. El carbono sólido se recupera en una amplia gama de tamaños de partícula y además de los usos para reducción directa de metales también se utiliza en aplicaciones de valor más alto que incluyen filtración, como negro de carbono. Los productos de gas de síntesis no condensable son de calidad suficiente como para ser conducidos en tuberías para usuarios industriales asociados. El gas de síntesis tiene una amplia gama de usos industriales que incluyen: gas combustible, que es cribado para la recuperación de hidrógeno de valor más alto, monóxido de carbono o dióxido de carbono, y como fuente de materia prima en la producción de químicos. No se produce ningún destilado. Esta invención es una mejora de las invenciones descritas en la Patente de E. U. No. 6,005, 149 presentada el 21 de Diciembre de 1999, y la Patente de E. U. No. 5,425,792 presentada el 20 de Junio de 1995, ambas cuales se incorporan en la presente para referencia.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN El principal objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir carbono de alta calidad a partir de llantas de automóvil de desecho. Un objeto adicional de esta invención es proporcionar un método para producir gas de síntesis de alta calidad a partir de llantas de automóvil de desecho. Otro objeto de la invención es proporcionar el aparato para producir carbono de alta calidad y gas de síntesis derivado de llantas de automóvil de desecho.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta invención es un método y aparato para procesar térmicamente las llantas de automóvil de desecho y para extraer eficientemente los gases de síntesis no condensables ricos en hidrógeno y monóxido de carbono para usos tales como: una alimentación para procesos químicos primarios, un gas combustible limpio o (mediante criba), una fuente de hidrógeno de valor más alto, gases de monóxido de carbono o de dióxido de carbono. El proceso puede controlarse para alcanzar tasas de producción más altas o más bajas sean de gas de síntesis o de calcinación de carbono. Las tasas más altas de producción de calcinación se logran a costa de tasas más bajas de producción de gas de síntesis y viceversa. En particular, el aparato de esta invención es un reactor giratorio individual que tiene dos áreas de reacción de crisol contiguo, es decir, un área de secado y volatilización y un área de reformación de gas de síntesis. Las dos áreas se encuentran separadas solamente por las atmósferas inducidas y opuestas generadas por los quemadores de proceso que se encuentran encendidos en cada entrada del reactor descrito. Los gases y humos formados en el área de secado y volatilización fluyen concurrentemente con la dirección de los productos del quemador inducidos por el quemador del proceso de la parte de alimentación. Las fisuras, la disociación, y/o la reformación de gases de hidrógeno vaporoso provenientes de la parte de alimentación del reactor comienzan cuando esos gases desprendidos ingresan a la influencia de la atmósfera de alta temperatura de contra-corriente inducida por el quemador de proceso de la parte de descarga. Como resultado se obtiene una gran turbulencia en la zona de contacto en la cual los gases provenientes de la parte de alimentación colisionan con los productos de combustión de contra-corriente provenientes del quemador de proceso en la parte de descarga. La gran turbulencia, inducida por los gases del quemador de proceso, aumenta enormemente las fisuras, la disociación y/o la reformación de los gases de hidrocarburo complejo y reduce tales gases a formas moleculares más sencillas. Los gases reformados se llevan hacia la parte de descarga del reactor en una atmósfera de alta temperatura caótica y a contra-corriente inducida por el quemador del proceso de la parte de descarga. Los objetivos y parámetros operacionales establecidos para el control del proceso determinan la intensidad de la energía de entrada proveniente de los quemadores de la parte de alimentación y de la parte de descarga. Tanto los quemadores de la parte de alimentación y como los de la parte de descarga se encuentran diseñados para operar específicamente con un gas combustible, petróleo, partículas finas de carbono o gas sintético como fuente de energía de combustión, y se proporciona oxígeno prácticamente puro como agente oxidante. No se utiliza aire en ningún quemador; consecuentemente, el nivel de nitrógeno en el gas de síntesis del producto es excepcionalmente bajo. Una característica de esta invención es que proporcionará carbono sólido de alta calidad y gas sintético exclusivamente proveniente de llantas de automóvil de desecho. El uso de DRI (hierro reducido directo) producido en un RHF (rotary hearth furnace - horno de crisol giratorio) proveniente de comprimidos verdes de mineral de hierro pulverizado o desechos de ferrosos, y carbono producido a partir del Proceso de Gasificación Térmica/por Reducción (TRG - Thermal/Reduction Gasification), u otras fuentes de carbono, que incluyen carbón, es una parte integral de algunos procesos de fabricación de acero. Utilizando una porción de los gases de desecho provenientes del RHF/TRG, los comprimidos se secan parcialmente y se precalientan antes de cargarse en el RHF. En el RHF, los comprimidos verdes se elevan a una temperatura y se mantienen durante un tiempo suficiente para llevar a cabo la reducción de óxido de hierro en hierro metálico. Después de la descarga del RHF, el DRI caliente se lleva directamente a la operación de fusión en recipientes aislados a fin de conservar tanto calor latente como sea posible. El concepto general es reducir la entrada de energía térmica al nivel más bajo posible. Además, dado que los comprimidos se retienen durante la transferencia, la reacción de reducción continuará hasta lograr el equilibrio y se espera alcanzar una metalización final superior al 90%. El DRI basado en carbono tiene varias ventajas. Puede descargarse caliente a partir del RHF y contener todavía un porcentaje alto y controlable de carbono. También, el DRI basado en carbono es ventajoso en la fabricación de acero porque es posible controlar la cantidad de carbono remanente en el comprimido de DRI después de que ha ocurrido la reducción. El proceso de DRI es un sistema basado en carbono sólido. De acuerdo con la presente invención, puede utilizarse prácticamente cualquier fuente razonable de carbono, tal como carbono derivado de llantas de automóvil destrozadas, desechos sólidos municipales e industriales, u otra biomasa. Otras fuentes adecuadas son carbón, coque de petróleo, menudos de coque, lignito o partículas finas de carbón vegetal. Cada fuente potencial debe evaluarse por su contribución general al coto por unidad de hierro del producto de DRI terminado. Cuando los desechos metalúrgicos ferrosos son propuestos como fuente de unidades de hierro, el análisis promedio de estos desechos es una cantidad conocida en contraste con un análisis positivo cuestionable de la chatarra de acero. Este análisis conocido les permite a las siderúrgicas utilizar tales materiales para producir consistentemente un acero más limpio, desde un punto de vista contaminante, que una siderúrgica basada en chatarra convencional. Después de comenzar la operación en una instalación que utiliza mineral de hierro y carbono como materias primas, los operadores pueden sustituir los desechos disponibles localmente al grado más amplio posible. La calcinación de carbono producida, derivada del procesamiento térmico de la materia orgánica, se utiliza como reductor para reducir óxidos de hierro en metal metálico. Esta invención excluye la inyección de carbón pulverizado en altos hornos, o fundiendo los recipientes que requieren una inyección de carbono fijo como reductor, o un substituto para el carbón o coque para procesos de hierro reducido directo que requieren combinar el carbón en un comprimido. También, la calcinación de carbono producida a partir de trozos de llanta por esta invención puede substituirse por el carbón utilizado en los procesos de esponja de hierro basados en carbón y el gas de síntesis puede substituirse por gas natural que es utilizado para la reducción directa. El producto de calcinación también puede utilizarse como combustible para alcanzar las temperaturas requeridas en los calentadores de vapor que energizan las turbinas accionadas por vapor para la generación de electricidad. También, el carbono orgánico puede producir gas sintético para reemplazar el carbón como combustible. La presente invención produce producto calcinación de carbono (secundario) de alta calidad derivado de la gasificación de los trozos de llantas, tales como el carbono secundario que posee una calidad suficiente para sustituir al carbono derivado del carbón primario, y utilizado tal carbono secundario en la formación de comprimidos "de bolitas verdes" compuestos de mezclas predeterminadas de carbono fijo asociadas con el mineral de óxido de hierro, u otros óxidos metálicos, para propósitos de proporcionar el agente reductor necesario para producir comprimidos metálicos de alta calidad mediante procesos de reducción directa basados en carbono sólido que incluyen alguno de los siguientes: Hornos de Crisol Giratorio, o Hornos Giratorios, o Hornos Electrofusión, u Otros procesos térmicos, que incluyen todos esos procesos que utilizan actualmente carbón natural pulverizado o menudos de coque procesados como combustible para quemadores o toberas de proceso, u otros tipos de proceso que requieren adiciones de carbono sólido sea para propósitos de reducción directa o para proporcionar energía de proceso. El proceso inventado produce gas de síntesis de alta calidad derivado de llantas de automóvil, estando tal gas de síntesis, esencialmente libre de hidrocarburos condensables, ácidos, álcalis, halógenos, metales pesados, o material particulado, y teniendo tal gas de síntesis un valor de calentamiento normal de entre 350 y 425 Btu/scf.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL LOGRO DE LOS OBJETOS DE LA INVENCIÓN ' Derivado de lo anterior, es fácilmente aparente que hemos inventado un método y aparato mejorado para producir carbono de alta calidad y gas de síntesis a partir de llantas de automóvil de desecho. Se comprende que la descripción anterior y las modalidades específicas son meramente ilustrativas del mejor modo de la invención y de los principios de la misma, y que pueden realizarse diversas modificaciones y adiciones al aparato por aquellos expertos en la materia, sin aislarse del espíritu y alcance de esta invención, la cual comprende por ende limitarse solamente al alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1 . Un método para producir selectivamente gases de hidrocarburo condensable y gases de síntesis no condensable derivados de trozos de llantas en un reactor individual, que comprende los pasos para: proporcionar un reactor giratorio individual que tiene un área de reacción de crisol de secado y volatilización contigua a un área de reacción de crisol de reformación; alimentar los trozos de llantas de desecho al área de secado y volatilización; calentar los trozos de llanta en el área de secado y volatilización a una temperatura de aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 600°C; mantener el material de trozos de llanta sobre un lecho giratorio en el área de secado y volatilización hasta que el material substancialmente se seca y volatiliza para formar un gas de trabajo caliente y una materia carbonosa sólida residual caliente; llevar el gas de trabajo caliente al área de reformación; formar un lecho de materia carbonosa sólida residual en el área de reformación; elevar la temperatura del gas de trabajo caliente y la materia carbonosa sólida residual caliente en el área de reformación lo suficientemente alto para reformar el gas de trabajo caliente; reformar térmicamente el gas de trabajo caliente para formar una composición de gas de síntesis; y descargar los gases calientes y la materia carbonosa sólida residual caliente provenientes del reactor.

2. Un método según la reivindicación 1 en el que la temperatura en el área de reformación se encuentra en el rango de desde aproximadamente 600 °C hasta aproximadamente 1000 °C.

3. Aparato para procesar térmicamente materiales orgánicos a fin de producir selectivamente gases de hidrocarburo condensables y gases de síntesis no condensables, que comprende: un reactor giratorio que tiene un eje longitudinal, una entrada de alimentación y una entrada de descarga, un área de reacción de crisol de secado y volatilización adyacente a la entrada de alimentación del reactor giratorio para calentar, secar y volatilizar materiales orgánicos a fin de formar un gas de proceso caliente y una materia sólida residual caliente, un área de reacción de crisol de reformación adyacente a la entrada de descarga del reactor, estando el área de reacción de reformación contigua al área de reacción de secado y volatilización; medios para separar las dos áreas de reacción de crisol contiguas; un quemador de proceso de entrada de alimentación; medios para ocasionar que los gases formados en el área de reacción de crisol de secado y volatilización fluyan concurrentemente con los productos de combustión del quemador de proceso de la entrada de alimentación; y medios para extraer del reactor los gases de hidrocarburo condensable producidos, los gases de síntesis no condensables, y la materia carbonosa sólida residual caliente.