ES2869248T3 - Procedimiento y dispositivo de producción de productos energéticos mediante craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado sin formación de coque - Google Patents

Procedimiento y dispositivo de producción de productos energéticos mediante craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado sin formación de coque Download PDF

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Abstract

Procedimiento de producción de productos energéticos por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado, en el que se calienta una dispersión, llamada dispersión (40) de craqueo, que comprende: o un material (1) sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado; o al menos un catalizador (10) de craqueo catalítico; o al menos un compuesto (20) alcalino, y; o un líquido (30) inerte frente al craqueo catalítico; de manera que dicha dispersión (40) de craqueo alcance una temperatura, denominada temperatura de craqueo, comprendida entre 240ºC y 340ºC, adecuada para permitir un craqueo catalítico de al menos un compuesto hidrocarbonado de dicha dispersión (40) de craqueo, que provoca una producción de hidrocarburos, denominados hidrocarburos (50) de cadenas cortas, de menor masa molecular que dicho compuesto hidrocarbonado; caracterizado por que se alcanza dicha temperatura de craqueo mediante la mezcla de una cantidad de dicha dispersión (40) de craqueo y de una cantidad de líquido (30) inerte sustancialmente exento de material (1) sólido en estado dividido y de catalizador (10), llevándose el líquido inerte a una temperatura menor que 360ºC y mayor que dicha temperatura de craqueo, realizándose dicha mezcla de tal manera que la mezcla formada alcance una temperatura al menos igual a dicha temperatura de craqueo y menor que una temperatura de formación de coque, y por que a dicha dispersión (40) de craqueo a dicha temperatura de craqueo se aporta una cantidad de una composición gaseosa oxigenada adecuada para provocar una reacción exotérmica con al menos una parte de dihidrógeno producido durante el craqueo.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo de producción de productos energéticos mediante craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado sin formación de coque
La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente carburante- por craqueo catalítico de un material -especialmente de un residuo- sólido hidrocarbonado sin formación de coque. La invención se refiere en particular a un procedimiento y a un dispositivo de producción de hidrocarburos, denominados “carburante”, “diésel” o “queroseno”, de cadenas cortas -que comprende un número de átomos de carbono comprendido entre 1 (CH4) y 18 (CisH3s)-, aptos y destinados a utilizarse como carburante para motor diésel o para turborreactor o turbocompresor. La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de este tipo que permiten aprovechar un residuo que contiene biomasa.
En todo el texto:
- la expresión “material hidrocarbonado” designa un material que comprende al menos un compuesto hidrocarbonado, es decir un compuesto formado esencialmente de átomos de carbono y de átomos de hidrógeno. Dicho material hidrocarbonado puede también comprender otros elementos seleccionados, por ejemplo, entre al menos un átomo de oxígeno, al menos un átomo de nitrógeno, al menos un átomo de fósforo, al menos un átomo de azufre y/o al menos un átomo de halógeno, etc. La expresión “material hidrocarbonado” designa en particular un material que comprende biomasa;
- el término “residuo” designa la parte, en la práctica, no utilizada de una materia que necesita un almacenamiento y/o un reprocesamiento apropiado para su almacenamiento. Puede tratarse, por ejemplo, de residuo industrial, de residuo agrícola -tales como partes no aprovechadas de plantas- o de residuos domésticos de composición compleja.
Se conocen procedimientos de producción de carburante por craqueo catalítico de un residuo hidrocarbonado. Por ejemplo, se conoce por el documento US2009/267349 un dispositivo de conversión de un residuo en carburante, que comprende un elemento de intercambio de calor con una dispersión del residuo en un aceite inerte.
Se conoce también (documento US2005/115871) un procedimiento y un dispositivo de craqueo catalítico de hidrocarburos de una suspensión de un residuo hidrocarbonado calentada por medio de una turbina de fricción a una temperatura comprendida entre 300°C y 400°C, en presencia de catalizadores a base de silicatos de aluminio dopados con metales alcalinos. Ahora bien, para alcanzar esta temperatura en el núcleo de la suspensión, al menos una parte de la suspensión se calienta necesariamente al contacto con las palas de la turbina de fricción a una temperatura -especialmente a una temperatura del orden de 400°C- mayor o igual a la temperatura de formación de coque. Esto da lugar a la formación inevitable de coque, que se deposita en particular sobre las palas de la turbina de fricción, y una pérdida considerable de la eficacia del calentamiento. Es entonces necesaria una parada completa de la instalación para el desmontaje de la turbina de fricción, su mantenimiento, y/o su rehabilitación.
Además, el dispositivo descrito en este documento comprende una cámara para poner en suspensión un residuo hidrocarbonado en el aceite inerte, un conducto de transporte de la suspensión formada en la entrada de la turbina de fricción, un depósito subyacente de recogida del aceite inerte y de residuos sólidos. Es complejo en su estructura, difícil de aislar térmicamente y costoso en su construcción. En la práctica, no permite el establecimiento de una circulación regular del residuo hidrocarbonado y del aceite inerte en un circuito corto, mantenida por medio de un bombeo único y fiable. No permite tampoco limitar las pérdidas de calor, de manera que la totalidad de la energía necesaria para la reacción de craqueo catalítico es aportada totalmente por la turbina de fricción. No permite tampoco controlar la combustión exotérmica del dihidrógeno (H2) producido durante el craqueo catalítico. Por lo tanto, no permite controlar la temperatura de la suspensión durante el craqueo catalítico, que aumenta debido a la reacción de combustión exotérmica del dihidrógeno y conduce inevitablemente a la formación de coque. El procedimiento es también complejo en su realización.
La invención tiene como objetivo superar el conjunto de estos inconvenientes.
La invención tiene, por lo tanto, como objetivo, proporcionar un procedimiento y un dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de un material -especialmente de un residuo- sólido hidrocarbonado, que sean suficientemente simples y fiables en su implementación y en su utilización para permitir una explotación a escala industrial.
La invención tiene como objetivo en particular proporcionar dicho procedimiento y dicho dispositivo susceptibles de poder ser automatizarse al menos en parte.
La invención tiene como objetivo en particular proporcionar un procedimiento de este tipo que permite la formación de coque, de dioxinas y de furanos.
La invención tiene así como objetivo proporcionar tal procedimiento y tal dispositivo que permitan mantener de forma duradera la eficacia del calentamiento y el rendimiento de la reacción de craqueo catalítico.
La invención tiene también como objetivo proporcionar tal procedimiento y tal dispositivo en los que se minimicen los aportes en energía térmica, y en los que se optimice el balance energético global de la producción de productos energéticos -especialmente de carburante-.
La invención tiene también como objetivo proporcionar tal procedimiento y tal dispositivo que permiten reducir el número, la frecuencia y la duración de las etapas de mantenimiento del dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente de carburante-.
La invención tiene también como objetivo proporcionar un procedimiento y un dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado, que permitan la producción de productos energéticos -especialmente de carburante- de forma continua.
La invención tiene también como objetivo proporcionar un procedimiento y un dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- que no necesiten la parada del dispositivo para su recarga con material sólido hidrocarbonado y/o con reactivos.
La invención tiene también como objetivo proporcionar un procedimiento y un dispositivo de este tipo adecuados para favorecer la reactividad del material sólido hidrocarbonado para los fines de su craqueo catalítico.
La invención tiene también como objetivo en particular proporcionar un dispositivo de este tipo que sea de volumen reducido.
La invención tiene también como objetivo proporcionar un dispositivo de este tipo que permita minimizar el coste de fabricación del dispositivo.
La invención tiene también como objetivo proporcionar un dispositivo de este tipo de bajo coste de construcción, que permita también minimizar el coste de producción de productos energéticos -especialmente de carburante-.
Para ello, la invención se refiere a un procedimiento de producción de productos energéticos tal como se define en la reivindicación 1.
La invención se refiere, por lo tanto, a un procedimiento de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado de un material sólido en estado dividido que excluya la formación de coque, de dioxinas y de furanos.
Ventajosamente, en una realización de un procedimiento según la invención, dichos hidrocarburos de cadenas cortas son unos hidrocarburos que comprenden un número de átomos de carbono comprendido entre 1 y 18. En particular, dichos hidrocarburos de cadena corta son unos hidrocarburos de cadena hidrocarbonada que comprenden un número de átomos de carbono comprendido entre 1 (CH4) y 18 (C18H38).
Los inventores han observado que la mezcla:
- de una cantidad de dicha dispersión de craqueo llevada a una temperatura menor que la temperatura de craqueo (estando la temperatura de craqueo comprendida entre 240°C y 340°C -especialmente entre 280°C y 340°C-dependiendo del material sólido en estado dividido) y menor que cualquier temperatura de formación de coque (es decir menor que 400°C en ausencia de cualquier depósito de coque y/o de hollín preliminar, pero menor que 350°C en presencia de dicho depósito de coque y/o de hollín) y sin haber recurrido a un intercambio de calor por conducción con una pared caliente a una temperatura mayor que la temperatura de formación de coque, y que no permite, por lo tanto, ni el craqueo de compuesto o compuestos hidrocarbonados del material sólido en estado dividido, ni la formación de coque, y;
- de una cantidad de líquido inerte llevado a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo, pero que no permite la formación de coque en cuanto el líquido inerte está exento de material sólido en estado dividido y de catalizador, y que su temperatura es menor que la temperatura de 360°C;
permite, en realidad, controlando las cantidades (y/o los caudales) de dicha dispersión de craqueo y de líquido inerte y sus temperaturas respectivas, formar productos energéticos -especialmente carburante- sin formar coque, ni dioxinas, ni furanos.
En un procedimiento según la invención, mediante esta mezcla se calienta dicha dispersión de craqueo a una temperatura comprendida entre 240°C y 340°C -especialmente entre 280°C y 340°C- (dependiendo del material sólido en estado dividido), provocando el craqueo, pero sin formar depósito de coque en una superficie de calentamiento de un dispositivo de calentamiento y sin pérdida de rendimiento de este dispositivo de calentamiento.
Ventajosamente, antes de dicha mezcla, dicha dispersión de craqueo está a una temperatura menor que la temperatura de formación de coque. Ventajosamente, dicha mezcla se realiza para alcanzar una temperatura al menos igual a dicha temperatura de craqueo y menor que la temperatura de formación de coque. Ventajosamente, dicha temperatura de craqueo es menor que la temperatura de formación de dioxina y menor que la temperatura de formación de furano.
En un procedimiento según la invención, contrariamente a los procedimientos conocidos, dicha dispersión de craqueo no se pone en contacto con una superficie calentadora de un dispositivo de calentamiento cuya temperatura es necesariamente mayor o igual a 360°C -especialmente mayor o igual a 400°C- para poder calentar dicha dispersión de craqueo, y que alcance en el núcleo una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo (que está a su vez comprendida entre 240°C y 340°C -especialmente entre 280°C y 340°C- dependiendo del material sólido en estado dividido). En un procedimiento de este tipo conocido, la dispersión de craqueo se lleva al contacto con la superficie calentadora de un dispositivo de calentamiento a una temperatura que, para alcanzar la temperatura de craqueo comprendida entre 280°C y 340°C, es necesariamente mayor que la temperatura de formación de coque, de dioxinas y de furanos, y provoca la formación de coque, de dioxinas y de furanos.
Ventajosamente y según la invención, el líquido inerte comprende al menos un aceite mineral, en particular al menos un aceite mineral inerte frente al craqueo catalítico, y estable a la temperatura de craqueo. Ventajosamente y según la invención, el líquido inerte está formado de un aceite mineral. Ventajosamente, el líquido inerte es líquido a la temperatura de craqueo. Ventajosamente, el líquido inerte es también líquido a temperatura ambiente. El líquido inerte tiene una densidad menor que la densidad del catalizador, y menor que la densidad del material sólido hidrocarbonado. Ventajosamente, según algunas realizaciones, el aceite mineral presenta una densidad del orden de 0,85. Ventajosamente, según algunas realizaciones, el aceite mineral está en estado líquido a la temperatura de 0°C.
Ventajosamente y según la invención, al menos un catalizador es un catalizador de la reacción de craqueo catalítico de compuestos hidrocarbonados -especialmente de hidrocarburos-. Ventajosamente y según la invención, al menos un catalizador se selecciona del grupo formado de los silicatos de potasio, los silicatos de sodio, los silicatos de calcio, los silicatos de magnesio y de aluminio. Se pueden usar otros catalizadores de craqueo. Tales catalizadores son además unos catalizadores poco costosos. Ventajosamente, y según la invención, al menos un catalizador es un sólido en estado dividido.
Ventajosamente y según la invención, dicha dispersión de craqueo comprende al menos un compuesto alcalino -especialmente cal, u óxido de calcio (CaO)- en una cantidad adecuada para que el pH de dicha dispersión de craqueo sea mayor que 8,5. Dicho valor de pH permite, por un lado, favorecer -especialmente permitir- la reacción de craqueo catalítico de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. Dicho valor de pH permite también limitar la corrosión de los elementos del dispositivo puestos en contacto con dicha dispersión de craqueo. Un valor de pH de este tipo permite también realizar un craqueo catalítico de compuestos hidrocarbonados clorados. Ventajosamente, y según la invención, dicha dispersión de craqueo comprende cal como compuesto alcalino.
La reacción de craqueo catalítico de compuestos hidrocarbonados lleva a una producción de hidrocarburos de cadenas cortas en estado gaseoso a la temperatura de craqueo, de dihidrógeno (H2) en estado gaseoso, de dióxido de carbono en estado gaseoso, y de vapor de agua. La reacción de craqueo catalítico tiene la consecuencia de liberar el o los catalizadores que son instantáneamente susceptibles de combinarse de nuevo con al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido y formar unos hidrocarburos de cadenas cortas por craqueo catalítico.
Estos compuestos en estado gaseoso formados durante la reacción de craqueo catalítico forman, con el líquido inerte, una espuma en expansión en la cámara de craqueo.
A título de ejemplo únicamente, el craqueo catalítico de celulosa, de fórmula (C6HgOs)n (siendo n un número entero) conduce a la formación de 2,5n moléculas de dióxido de carbono (CO2), 3,5 grupos de metileno (CH2) en forma de hidrocarburo de cadena corta, y de n moléculas de dihidrógeno (H2). El dihidrógeno producido durante la reacción de craqueo catalítico de celulosa permite:
- una hidrogenación de hidrocarburos insaturados en hidrocarburos saturados, y;
- una reducción del azufre liberado durante el craqueo catalítico en forma de H2S.
Ventajosamente, en ciertas realizaciones particulares de un procedimiento según la invención, los residuos domésticos se someten a una compresión hasta una presión mayor que 750 bares en condiciones adecuadas para extraer una fracción fermentable en forma de pulpa húmeda, y formar el material -especialmente el residuo- sólido hidrocarbonado. Una compresión de este tipo se realiza, en particular, por medio de una prensa de extrusión, especialmente tal como se describe en el documento EP 0563 173.
Ventajosamente, en algunas realizaciones particulares de un procedimiento según la invención, se realiza una etapa previa de fragmentación de un material -especialmente de un residuo- sólido hidrocarbonado, a fin de formar el material sólido en estado dividido que comprende al menos un compuesto hidrocarbonado. Tal fragmentación se realiza mediante cualquier medio apropiado. Se elige un medio de fragmentación de este tipo adecuado para fragmentar el material sólido hidrocarbonado y formar unas partículas de material sólido en estado dividido. Se elige un medio de fragmentación de este tipo adecuado para formar unas partículas de material sólido en estado dividido en forma de plaquetas con la mayor dimensión menor que 20 mm y de grosor del orden de 3 mm o menor que 3 mm. Dicha etapa de fragmentación del material sólido hidrocarbonado permite formar un material sólido en estado dividido que presenta una granulometría adecuada para favorecer su flujo en estado disperso en el líquido inerte y su contacto con el catalizador para los fines de la reacción de craqueo catalítico.
Ventajosamente y según la invención, después de la etapa de fragmentación, se realiza una etapa de calentamiento del material sólido en estado dividido a una temperatura comprendida entre 50°C y 100°C -especialmente del orden de 80°C-. El calentamiento del material sólido en estado dividido favorece su dispersión posterior en el líquido inerte, especialmente en el líquido inerte a una temperatura del orden de 330°C procedente del reciclado de la espuma de craqueo.
Ventajosamente, y según una variante preferida de un procedimiento según la invención, se realiza la etapa de calentamiento en flujo continuo introduciendo un flujo de materia sólida en estado dividido en un transportador de tornillo, a modo de dispositivo de calentamiento, que comprende una envoltura adaptada para poder llevarse a la temperatura de calentamiento y calentar el material sólido en estado dividido.
Ventajosamente, según una variante preferida de un procedimiento según la invención, después de la etapa de calentamiento, se recoge un flujo del material sólido en estado dividido en la salida del dispositivo -especialmente del transportador- de calentamiento, y se dirige el flujo de dicho material sólido en estado dividido caliente a un baño de líquido inerte caliente -especialmente de líquido inerte a una temperatura comprendida entre 300°c y 330°C procedente del reciclado de la espuma de craqueo-. Se mantiene la temperatura de esta dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte a una temperatura menor que la temperatura de craqueo.
Ventajosamente y según la invención, se realiza una etapa de secado del material sólido en estado dividido durante la cual se mantiene una dispersión del material sólido en estado dividido en un líquido inerte -especialmente un líquido inerte reciclado- a una temperatura mayor que 100°C -especialmente a una temperatura comprendida entre 100°C y 280°C- a fin de formar una dispersión de un material, llamado material seco, sólido en estado dividido que comprende al menos un compuesto hidrocarbonado, presentando dicho material seco un índice de humedad menor que el 10% -especialmente comprendido entre el 8% y el 10%- en un líquido inerte.
Ventajosamente y según la invención, se realiza una etapa de desoxigenación del material sólido en estado dividido durante la cual se mantiene una dispersión del material sólido en estado dividido en un líquido inerte a la temperatura de craqueo en contacto con una atmósfera gaseosa que presenta un valor de presión parcial de oxígeno menor que la presión parcial de oxígeno del aire atmosférico, a fin de formar una dispersión desoxigenada del material sólido en estado dividido en el líquido inerte.
Esta etapa de desoxigenación es adecuada para reducir la cantidad de oxígeno (O2) molecular presente en la dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte. Tal desoxigenación se realiza manteniendo la dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte en contacto con una atmósfera gaseosa que presenta un valor de presión parcial de oxígeno menor que la presión parcial de oxígeno del aire atmosférico. Por ejemplo, se realiza dicha desoxigenación manteniendo la dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte en contacto con una atmósfera de un gas inerte. Nada impide que se realice dicha desoxigenación manteniendo la dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte en contacto con el aire atmosférico a una presión menor que la presión atmosférica.
Ventajosamente, y según la invención, se realiza simultáneamente la etapa de desoxigenación y la etapa de secado de la dispersión de dicho material sólido en estado dividido en el líquido inerte y se forma una dispersión desoxigenada de un material, llamado material seco, sólido en estado dividido en el líquido inerte, presentando dicho material seco un grado de humedad menor que el 10% -especialmente comprendido entre el 8% y el 10%-.
Tal etapa de desoxigenación y de secado es adecuada para extraer la humedad del material sólido en estado dividido en forma de vapor de agua, para condensar el vapor de agua formado y para recoger por gravedad este agua de condensación. Así, el contenido de humedad del material sólido en estado dividido se reduce a un valor menor que el 10% -especialmente comprendido entre el 8% y el 10%-. El contenido de humedad del material sólido hidrocarbonado se determina mediante cualquier medio apropiado. La desoxigenación y el secado de la dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte se acompaña de una disminución de su temperatura (debido a la vaporización endotérmica), siendo la temperatura de la dispersión desoxigenada de un material seco en el líquido menor que 150°C -especialmente del orden de 100°C a 110°C-.
Ventajosamente, y según la invención, se realiza dicha etapa de desoxigenación y de secado en flujo continuo sometiendo un flujo de la dispersión de dicho material sólido en estado dividido en el líquido inerte en un transportador en el que la presión parcial de oxígeno es menor que la presión parcial de oxígeno del aire atmosférico. Ventajosamente, y según la invención, se realiza dicha etapa de desoxigenación y de secado en flujo continuo sometiendo un flujo de la dispersión caliente de dicho material sólido en estado dividido en el líquido inerte en un transportador cuyo volumen interno está en depresión, es decir cuya atmósfera gaseosa está a una presión menor que la presión atmosférica.
Tal etapa de desoxigenación y de secado permite limitar a un valor controlado la cantidad de oxígeno molecular presente en la dispersión desoxigenada. Permite también limitar, controlándolo, el efecto exotérmico de la combustión de dihidrógeno (H2) durante la reacción posterior de craqueo catalítico, mediante un aporte a su vez controlado de oxígeno en dicha cámara de craqueo. Permite minimizar la reacción incontrolada de combustión exotérmica de dihidrógeno susceptible de conducir:
- a la formación aleatoria de vapor de agua, y a un aumento incontrolado de la temperatura de los vapores liberados durante la reacción de craqueo, siendo dicho aumento de la temperatura de los vapores por el hecho de oponerse a la condensación de los productos energéticos -especialmente del carburante-, y;
- a un aumento incontrolado de la temperatura de dicha dispersión de craqueo en dicha cámara de craqueo, especialmente hasta una temperatura del orden de 600°C (observada cuando no se realiza la etapa de desoxigenación), temperatura que es incompatible con el desarrollo de una reacción de craqueo sin formación de coque.
Ventajosamente, en una realización de un procedimiento según la invención, dicha dispersión de craqueo se forma poniendo en contacto y mezclando:
- una cantidad de la dispersión desoxigenada de dicho material seco en el líquido inerte;
- una cantidad de al menos un catalizador;
- una cantidad de al menos un compuesto alcalino -especialmente cal-, y;
- una cantidad del líquido inerte;
a fin de formar dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que dicha temperatura de craqueo, y en la que al menos un catalizador está en contacto con al menos un -especialmente con cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. Se realiza la mezcla de cantidades predeterminadas de dicha dispersión desoxigenada, de al menos un catalizador, de al menos un compuesto alcalino -especialmente de cal- y de líquido inerte. Esta etapa de mezclado se realiza mediante cualquier medio apropiado.
En particular, ventajosamente, en una realización preferida de un procedimiento según la invención, se realiza dicha etapa de mezclado en flujo continuo en la que se pone en contacto y se mezcla:
- un flujo de la dispersión desoxigenada de dicho material seco en el líquido inerte;
- al menos un -especialmente un flujo de al menos un- catalizador de craqueo catalítico, y;
- al menos un -especialmente un flujo de al menos un- compuesto alcalino, y;
- un flujo de líquido inerte;
a fin de formar un flujo de dicha dispersión de craqueo que presenta una temperatura menor que dicha temperatura de craqueo, y en la que al menos un catalizador está en contacto con al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido.
Nada impide realizar, tras esta mezcla, una etapa adicional de ajuste de la granulometría de dicha dispersión de craqueo. Tal ajuste de la granulometría se realiza mediante cualquier medio de fragmentación apropiado.
Ventajosamente, en algunas realizaciones preferidas de un procedimiento según la invención, se realiza después una etapa de calentamiento del flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. En estas condiciones, la temperatura de formación de coque no se alcanza en dicha dispersión de craqueo. Esta etapa de calentamiento se puede realizar mediante cualquier medio de calentamiento apropiado, con la exclusión de cualquier medio de calentamiento que presente una pared de intercambio de calor por contacto con dicha dispersión de craqueo y calentada a una temperatura mayor o igual a la temperatura de formación de coque, es decir mayor o igual a 360°C -especialmente mayor que 400°C-. No obstante, nada impide calentar dicha dispersión de craqueo con unos medios de calentamiento que presenten una pared de intercambio de calor por contacto cuando que esta pared de intercambio de calor no se lleve a una temperatura mayor o igual a 360°C. Tal etapa de calentamiento de dicha dispersión de craqueo permite ventajosamente elevar su temperatura hasta una temperatura lo más próxima posible y, no obstante, menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido.
Ventajosamente, en esta realización preferida de un procedimiento según la invención, se calienta un flujo de líquido inerte -exento de material sólido hidrocarbonado, de catalizador y de compuesto alcalino- de manera que el líquido inerte de este flujo alcance una temperatura superior a dicha temperatura de craqueo. Se calienta el líquido inerte a una temperatura elegida para que la mezcla formada por dicha dispersión de craqueo y por el líquido inerte caliente alcance y supere la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada - compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido y permanezca, sin embargo, menor que la temperatura de formación de coque. Este calentamiento se realiza mediante cualquier medio de calentamiento apropiado, especialmente por medio de intercambio de calor con una fuente de calor a través de un intercambiador de calor.
Ventajosamente, en esta realización preferida de un procedimiento según la invención, se selecciona y se ajusta:
- la temperatura del flujo de líquido inerte,
- la temperatura del flujo de dicha dispersión de craqueo,
- un caudal del flujo de líquido inerte, y
- un caudal del flujo de dicha dispersión de craqueo;
de manera que la temperatura de la mezcla de dicha dispersión de craqueo y del líquido inerte alcance una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido y menor que la temperatura de formación de coque. Se forma así un flujo de la mezcla en el que se produce la reacción de craqueo catalítico a una temperatura menor que la temperatura de formación de dioxina y menor que la temperatura de formación de furano.
No obstante, nada impide realizar una mezcla de una cantidad predeterminada de dicha dispersión de craqueo y de una cantidad predeterminada de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. Se forma así una dispersión de craqueo a temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, y en la que se produce la reacción de craqueo catalítico.
Según la invención, dicha temperatura de craqueo está comprendida entre 240°C y 340°C -especialmente entre 280°C y 340°C-. Dicha temperatura de craqueo de dicha dispersión de craqueo depende de la composición química y/o del origen del material -especialmente del residuo- sólido hidrocarbonado. Se adapta el calentamiento de dicha dispersión de craqueo en mezcla con un líquido inerte caliente, de manera que la temperatura de dicha dispersión de craqueo sea al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, y menor que la temperatura de formación de coque.
Ventajosamente, en ciertas realizaciones de un procedimiento según la invención, se realiza la mezcla -especialmente en flujo continuo-:
- del líquido inerte llevado a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, y
- de dicha dispersión de craqueo llevada a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
a presión atmosférica o a una presión menor que la presión atmosférica, o a una presión mayor que la presión atmosférica. Una presión menor que la presión atmosférica es particularmente adecuada para evitar una fuga de hidrocarburos de cadena corta hacia el exterior del dispositivo.
A medida que aparecen, los compuestos en estado gaseoso (carburante, dióxido de carbono, vapor de agua) forman, con el líquido inerte, una espuma (aceite/gas) en expansión con el desarrollo de la reacción de craqueo.
Ventajosamente, y según la invención, al formar dicha dispersión de craqueo llevada a una temperatura al menos igual a dicha temperatura de craqueo una espuma, llamada espuma de craqueo, como resultado -de una formación de una fase gaseosa (que comprende especialmente unos hidrocarburos de cadenas cortas, dióxido de carbono, vapor de agua, etc.) durante- la reacción de craqueo, se somete dicha espuma de craqueo a una etapa de centrifugación mediante la cual se realiza una separación de una fase gaseosa (que comprende especialmente unos hidrocarburos de cadenas cortas, dióxido de carbono, vapor de agua, etc.) y de una composición mixta sólido/líquido formada de una dispersión de materias sólidas procedentes del craqueo en el líquido inerte, es decir, de materias sólidas presentes inicialmente en la dispersión de craqueo (que contiene el catalizador y, llegado el caso, material sólido en estado dividido) y/o de materias sólidas formadas durante el craqueo catalítico.
Ventajosamente, en algunas realizaciones de un procedimiento según la invención, al formar un flujo de dicha dispersión de craqueo llevada a una temperatura al menos igual a dicha temperatura de craqueo un flujo de una espuma, llamada espuma de craqueo, como resultado de la reacción de craqueo, se somete el flujo de dicha espuma de craqueo a una etapa de centrifugación mediante la cual se realiza una separación de un flujo de una fase gaseosa (que comprende especialmente hidrocarburos de cadenas cortas, dióxido de carbono, vapor de agua, etc.), y de un flujo de una composición mixta sólido/líquido formada a partir de una dispersión en el líquido inerte de materias sólidas procedentes del craqueo catalítico.
Dicha etapa de centrifugación es también adecuada para formar unas turbulencias en dicha espuma de craqueo y una separación de una fase gaseosa. Dichas turbulencias favorecen una redistribución del o de los catalizadores y del material sólido en estado dividido y la continuación de la reacción de craqueo en dicha espuma de craqueo y en la composición mixta sólido/líquido, debido al desplazamiento del equilibrio de la reacción de craqueo durante la liberación de los productos gaseosos liberaros. Dicha etapa de centrifugación permite aumentar el rendimiento de la reacción y reducir la cantidad de material sólido en estado dividido en el baño de líquido inerte.
La etapa de centrifugación se realiza, por ejemplo, sometiendo dicha espuma de craqueo -especialmente dicha espuma del flujo de dicha espuma de craqueo- a una centrifugación mediante la cual dicha espuma de craqueo se proyecta a través de la malla de una rejilla provocando una fragmentación de dicha espuma de craqueo en partículas que favorecen la liberación de los compuestos en fase gaseosa.
Ventajosamente, y según la invención, se realiza una condensación de la fase gaseosa en condiciones adecuadas para fraccionar la fase gaseosa y formar los productos energéticos -especialmente el carburante-. Esta condensación se realiza, por ejemplo, mediante un dispositivo de destilación fraccionada en el que se separan los componentes de la fase vapor -especialmente el vapor de agua y el carburante-.
Ventajosamente, y según la invención, la composición mixta sólido/líquido -especialmente la composición mixta sólido/líquido de un flujo de composición mixta sólido/líquido- procedente de la etapa de centrifugación se somete a una etapa de separación líquido/sólido en la que se forma un líquido inerte sustancialmente exento de materias sólidas, y después se recicla el líquido inerte. La composición mixta sólido/líquido se somete a una etapa de separación líquido/sólido de materias sólidas y de líquido inerte sustancialmente exento de materias sólidas (y por lo tanto libre de compuesto hidrocarbonado, de materia sólida en estado dividido y de catalizador) y se recicla el líquido inerte.
Ventajosamente, se somete un flujo de la composición mixta sólido/líquido a una etapa de separación líquido/sólido de materias sólidas y de un flujo de líquido inerte, y se recicla el líquido inerte del flujo de líquido inerte.
Ventajosamente, la etapa de separación liquido/sólido se realiza por decantación de las materias sólidas. Ventajosamente, esta etapa de separación líquido/sólido se realiza guiando un flujo a baja velocidad de flujo -por ejemplo del orden de 5 mm por segundo- de la composición mixta sólido/líquido según una dirección sustancialmente vertical y descendente de tal manera que el flujo de la composición mixta sólido/líquido lleve -teniendo en cuenta la diferencia de densidades del líquido inerte y de las materias sólidas- a una decantación de las materias sólidas de la composición mixta sólido/líquido y reorientando el flujo de líquido inerte resultante de esta decantación según una dirección sustancialmente vertical y ascendente, de manera que se separen las materias sólidas y el líquido inerte de la composición mixta sólido/líquido. Se forma así un flujo de líquido inerte, llamado líquido inerte regenerado, sustancialmente exento de materias sólidas. Se forma un flujo de dicho líquido inerte regenerado a una temperatura menor que la temperatura de craqueo, especialmente comprendida entre 220°C y 320°C.
En un procedimiento según la invención, ventajosamente, dicho líquido inerte regenerado se recicla. En un procedimiento según la invención, dicho líquido inerte regenerado se recicla en cualquier etapa del procedimiento en la que se requiera el líquido inerte. Es posible reciclar al menos una parte de dicho líquido inerte regenerado para formar la dispersión de dicho material seco en el líquido inerte, para formar dicha dispersión de craqueo a partir de la dispersión desoxigenada de dicho material seco en el líquido inerte, o también para formar dicha dispersión de craqueo a la temperatura de craqueo. Ventajosamente, se recicla dicho líquido inerte regenerado de un flujo de dicho líquido inerte regenerado en cualquier etapa del procedimiento en la que se requiera un flujo de líquido inerte.
Ventajosamente, y según la invención, durante la etapa de separación líquido/sólido se recogen las materias sólidas que contienen el catalizador. Ventajosamente, se procede a una extracción del catalizador para su reciclado y su reutilización en un procedimiento de craqueo catalítico según la invención.
En algunas realizaciones ventajosas de un procedimiento según la invención, se forma una circulación de líquido inerte entre:
- una zona (a) de mezcla:
o de un flujo de líquido inerte;
o de un flujo de dicha dispersión desoxigenada;
o de un flujo de al menos un catalizador, y;
o de un flujo de al menos un compuesto alcalino;
y de formación de un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
- una zona (b) de calentamiento de un flujo de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo; - una zona (c) de calentamiento de un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
- una zona (d) de mezcla:
o de un flujo de dicha dispersión de craqueo calentada a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, y
o de un flujo de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un -en particular de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
y de craqueo catalítico de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
- una zona (e) de centrifugación de dicha dispersión de craqueo en forma de espuma y de generación de un flujo de una composición mixta sólido/líquido;
- una zona (f) de separación sólido/líquido de materias sólidas y del líquido inerte, reciclándose el líquido inerte en la zona (a) de mezcla.
En estas realizaciones ventajosas de un procedimiento según la invención, se forma (mezclando un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado y de un flujo de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado) de forma continua un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado, y menor que la temperatura de formación de coque, se condensan de forma continua los vapores de hidrocarburos formados debido al craqueo catalítico, se recicla un flujo de líquido inerte regenerado (y, llegado el caso, el catalizador) a fin de formar de forma continua un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado.
Dicho procedimiento de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- de forma continua permite:
- mantener en contacto el material sólido en estado dividido, al menos un catalizador y al menos un compuesto alcalino en el líquido inerte;
- formar un flujo de dicha dispersión de craqueo a temperatura menor que la temperatura de craqueo y de caudal controlable, y;
- formar un flujo de líquido inerte a temperatura mayor que la temperatura de craqueo y de caudal controlable -especialmente de líquido inerte regenerado-.
La invención se refiere también a un procedimiento de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de un material -especialmente de un residuo- sólido hidrocarbonado, en el que se realiza una desoxigenación de un material sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado. Esta desoxigenación se realiza manteniendo el material sólido en estado dividido en contacto con una atmósfera gaseosa que presenta un valor de presión parcial de oxígeno menor que la presión parcial de oxígeno del aire atmosférico.
Ventajosamente, y según la invención, las operaciones de formación de dicha dispersión de craqueo, la reacción de craqueo catalítico, la etapa de separación de una fase gaseosa y de una composición mixta sólido/líquido especialmente por centrifugación- y la etapa de separación líquido/sólido de la composición mixta sólido/líquido se realizan en un mismo tanque, térmicamente aislado, adaptado para poder contener un baño de líquido inerte.
Según algunas realizaciones ventajosas de un procedimiento según la invención de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de un material -especialmente de un residuo- sólido en estado dividido que contiene biomasa, es decir, un material constituido, al menos en parte, de materia de origen vegetal y/o de materia de origen animal y/o de materia de origen, se aporta a dicha dispersión de craqueo a dicha temperatura de craqueo, una cantidad de una composición gaseosa oxigenada -especialmente bajo una presión mayor que la presión atmosférica- adecuada para provocar una reacción exotérmica con al menos una parte de dihidrógeno (H2) en estado gaseoso producido durante el craqueo. Tal aporte permite, de manera totalmente inesperada, poder mantener la temperatura de la cámara de craqueo a dicha temperatura de craqueo compensando la entalpía de vaporización de los compuestos formados durante el craqueo y manteniendo la temperatura de dicha espuma de craqueo y de los compuestos gaseosos a una temperatura -especialmente del orden de 340°C- que permita su vaporización y su destilación, sin producción de coque.
Los inventores han observado que, contrariamente a las indicaciones del documento US2009/267349, que recomienda realizar la reacción de craqueo bajo una atmósfera sustancialmente exenta de oxígeno, es posible controlar la reacción de oxidación exotérmica del dihidrógeno (H2) en estado gaseoso mediante al menos un aporte controlado de una composición gaseosa oxigenada directamente en contacto con el dihidrógeno producido en dicha cámara de craqueo. Tal aporte controlado contribuye, por un lado, en la fase inicial (durante la mezcla de dicha dispersión de craqueo y de líquido inerte caliente) de la reacción de craqueo (es decir, en la parte inferior de la cámara de craqueo), a una producción de energía térmica que permite elevar la temperatura de dicha dispersión de craqueo de manera que contribuya, si es necesario, a alcanzar la temperatura de craqueo de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido hidrocarbonado sin tener que recurrir a un intercambiador que comprende una superficie de intercambio a una temperatura mayor o igual que la temperatura de formación de coque. Por otro lado, contribuye principalmente, en la fase terminal de la reacción de craqueo (es decir, en la parte superior de la cámara de craqueo) a una producción de energía térmica que permite favorecer el mantenimiento en estado gaseoso de los hidrocarburos formados durante la reacción de craqueo por compensación, al menos parcial, incluso excedentaria, de la entalpía (endotérmica) de vaporización de los hidrocarburos formados. Tal aporte de composición gaseosa oxigenada permite elevar y/o mantener la temperatura de la espuma de craqueo en la parte superior de la cámara de craqueo a un valor del orden de 330°C a 340°C necesario para mantener en estado gaseoso los hidrocarburos formados, especialmente los hidrocarburos de cadena hidrocarbonada que presentan un número de átomos de carbono menor o igual a 18 (Cis).
Según algunas realizaciones, tal aporte se realiza en la fase inicial de la reacción de craqueo para generar una producción endógena de energía térmica que permita elevar la temperatura de dicha dispersión de craqueo de manera que alcance la temperatura de craqueo de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido hidrocarbonado.
Según algunas realizaciones, tal aporte se realiza en la fase terminal de la reacción de craqueo para generar una producción endógena de energía térmica que permita favorecer el mantenimiento en estado gaseoso de los hidrocarburos formados durante la reacción de craqueo por compensación de la entalpía de vaporización de los hidrocarburos formados.
Según algunas realizaciones ventajosas según la invención:
- se calienta un material sólido hidrocarbonado en estado dividido a una temperatura del orden de 80°C, después
- se pone este material sólido hidrocarbonado en estado dividido en contacto con un flujo de líquido inerte reciclado a una temperatura del orden de 330°C a fin de formar una dispersión de material sólido en estado dividido en el líquido inerte, después
- se desoxigena y se seca esta dispersión, por lo que la temperatura de esta dispersión se reduce a un valor del orden de 100°C, después
- se prepara dicha dispersión de craqueo, después
- se calienta dicha dispersión de craqueo a una temperatura del orden de 260°C en contacto con un intercambiador de calor -cuya temperatura no supera los 340°C-, después
- se realiza una mezcla de dicha dispersión de craqueo con un líquido inerte llevado a una temperatura del orden de 340°C de manera que la temperatura de dicha dispersión de craqueo alcance los 280°C y se inicie la reacción de craqueo, y después
- se mantiene la temperatura de craqueo mediante al menos una introducción de composición gaseosa oxigenada reactiva con el dihidrógeno formado durante el craqueo y compensadora de la entalpía de vaporización de los hidrocarburos formados durante el craqueo, de manera que la temperatura alcance del orden de los 340°C permitiendo continuar el craqueo y la vaporización de los hidrocarburos formados sin formación de coque.
La invención se refiere también a un dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de un material -especialmente de un residuo- sólido hidrocarbonado. La invención se refiere en particular a un dispositivo de este tipo para la implantación de un procedimiento de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- según la invención.
La invención se refiere, por lo tanto, a un dispositivo de producción de productos energéticos tal como se define en la reivindicación 10.
Ventajosamente, un dispositivo según la invención comprende unos primeros medios de calentamiento y unos medios de control del ajuste de la temperatura de dicha dispersión de craqueo mediante los primeros medios de calentamiento.
El dispositivo según la invención comprende unos segundos medios de calentamiento y unos medios de control del ajuste de la temperatura del flujo de líquido inerte mediante los segundos medios de calentamiento.
Ventajosamente, los primeros medios de calentamiento son distintos de los segundos medios de calentamiento.
Ventajosamente, y según la invención, el dispositivo comprende unos medios de bombeo de dicha dispersión de craqueo y de formación del flujo de dicha dispersión de craqueo. Dichos medios de bombeo de dicha dispersión de craqueo son adecuados para permitir la extracción de un flujo de líquido inerte aguas arriba de los medios de bombeo, su mezcla con un flujo de al menos un catalizador, un flujo de al menos un compuesto alcalino y un flujo de dicha dispersión desoxigenada a fin de formar de forma continua el flujo de dicha dispersión de craqueo. Dichos medios de bombeo de dicha dispersión de craqueo son adecuados para permitir, aguas arriba de los medios de bombeo, la formación de un flujo de dicha dispersión de craqueo hacia primeros medios de calentamiento.
Ventajosamente, y según la invención, el dispositivo comprende también medios de bombeo de líquido inerte y de formación de un flujo de líquido inerte. Dichos medios de bombeo de líquido inerte son adecuados para permitir, aguas arriba de los medios de bombeo de líquido inerte, la extracción de un flujo de líquido inerte -especialmente de un flujo de líquido inerte regenerado- para su calentamiento a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo. Dichos medios de bombeo de líquido son adecuados para permitir, aguas abajo de los medios de bombeo, la formación de un flujo de líquido inerte destinado a la reacción de craqueo a través de los segundos medios de calentamiento.
Estos medios de bombeo (de dicha dispersión de craqueo y del líquido inerte) permiten regular los caudales respectivos del flujo de dicha dispersión de craqueo y del flujo de líquido inerte en función de la temperatura de dicha dispersión de craqueo y de la temperatura del líquido inerte. El dispositivo según la invención permite elevar la temperatura de dicha dispersión de craqueo hasta un valor de temperatura suficiente para permitir el craqueo catalítico de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. La reacción de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido conduce a la formación, en dicha dispersión de craqueo, de hidrocarburos de cadenas cortas en estado gaseoso, y a la formación de una espuma que se escapa de dicha cámara de craqueo. La expansión de la espuma fuera de dicha cámara de craqueo en combinación con el flujo de dicha dispersión de craqueo, con el flujo del líquido inerte y con los medios de mezcla del flujo de dicha dispersión de craqueo y del flujo líquido inerte, conducen a la formación de un flujo de espuma que se escapa por una abertura superior desembocante que forma la salida de dicha cámara de craqueo.
Ventajosamente, y según una realización preferida de la invención, el dispositivo está formado de una sola pieza y comprende un único tanque aislado térmicamente y adaptado para poder contener un baño líquido inerte, y que contiene:
- dicha cámara de craqueo;
- al menos un dispositivo, denominado conducto de mezcla, de puesta en contacto y de mezcla:
o de un flujo de una dispersión del material sólido en estado dividido en un líquido inerte;
o de al menos un -especialmente de un flujo de al menos un- catalizador, y;
o de al menos un -especialmente de un flujo de al menos un- compuesto alcalino, y;
o de un flujo de líquido inerte formado a partir del baño de líquido inerte;
adecuado para formar un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que dicha temperatura de craqueo;
- al menos un elemento de separación líquido/sólido -especialmente un elemento de separación líquido/sólido por decantación- de materias sólidas procedentes del craqueo catalítico y de líquido inerte;
- una primera bomba interpuesta entre dicho conducto de mezcla y dicha cámara de craqueo, y adecuada para suministrar el flujo de dicha dispersión de craqueo en dicha cámara de craqueo a través de los primeros medios de calentamiento;
- una segunda bomba interpuesta entre el elemento de separación sólido/líquido y dicha cámara de craqueo, y adecuada para suministrar el flujo de líquido inerte exento de materias sólidas en dicha cámara de craqueo a través de los segundos medios de calentamiento.
El único tanque aislado térmicamente permite mantener sustancialmente la temperatura del líquido inerte y de dicha dispersión de craqueo que circula en el único tanque aislado térmicamente. Permite limitar las pérdidas de calor. Permite también limitar a lo estrictamente necesario los aportes de calor mediante el calentamiento del líquido inerte y de dicha dispersión de craqueo, y controlar perfectamente la temperatura de dicha dispersión de craqueo durante el craqueo catalítico.
El dispositivo según la invención comprende, en un único tanque, los elementos necesarios para:
- preparar, calentar y transportar el flujo de dicha dispersión de craqueo en dicha cámara de craqueo;
- preparar, calentar y transportar el flujo de líquido inerte en dicha cámara de craqueo;
- formar la mezcla de los flujos de dicha dispersión de craqueo y de líquido inerte y permitir la reacción de craqueo catalítico sin formación de coque;
- reciclar el líquido inerte;
- recoger el catalizador para su reciclado, y
- condensar los vapores de hidrocarburos formados por craqueo catalítico y producir el producto energético -especialmente el carburante-.
Un dispositivo según la invención permite establecer, en el único tanque, una circulación de dicha dispersión de craqueo entre el elemento de mezclado y de formación de dicha dispersión de craqueo y dicha cámara de craqueo, y en la que el material sólido en estado dividido se mantiene en suspensión en el líquido inerte favoreciendo así el contacto entre al menos un -especialmente entre cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido y al menos un catalizador.
Ventajosamente, y según la invención, el dispositivo comprende, coronando al menos una abertura de dicha cámara de craqueo, un elemento de centrifugación de una espuma, denominada espuma de craqueo, formada por craqueo catalítico de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, adecuado para separar una fase gaseosa que contiene el producto energético -especialmente el carburante- y una composición mixta sólido/líquido formada a partir de una dispersión de materias sólidas procedentes del craqueo en el líquido inerte. Ventajosamente, la composición mixta sólido/líquido se incorpora al baño de líquido inerte.
El elemento de centrifugación puede ser un elemento de proyección centrífuga de la espuma a través de las mallas de una rejilla. Dicha proyección de la espuma a través de la rejilla provoca la fragmentación de dicha espuma de craqueo en partículas de tamaño reducido que favorecen:
- la liberación de los compuestos en fase gaseosa, especialmente el dióxido de carbono, vapor de agua, etc., y en particular la liberación de hidrocarburos de cadenas cortas en fase gaseosa, y;
- el contacto entre el catalizador y unas partículas de material sólido en estado dividido no transformadas.
Ventajosamente, y según la invención, el dispositivo está provisto de un dispositivo de condensación de dichos hidrocarburos de cadenas cortas en estado gaseoso y de su conversión en producto energético líquido.
Ventajosamente, y según la invención, el dispositivo comprende unos medios de separación sólido/líquido del líquido inerte y de materias sólidas (materias sólidas de partida y/o formadas durante el craqueo catalítico). Ventajosamente, los medios de separación son unos medios de separación sólido/líquido por decantación. Tales medios de separación sólido/líquido por decantación están configurados para permitir el establecimiento de un flujo vertical orientado sustancialmente de arriba a abajo (descendente) de líquido inerte cargado de materias sólidas, y el establecimiento de un flujo ascendente de líquido inerte sustancialmente exento de materias sólidas separadas por decantación. Un dispositivo según la invención es, por lo tanto, adecuado para permitir un reciclado del líquido inerte y su reutilización -especialmente para la preparación de dicha dispersión de craqueo y para la preparación de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo-. Un dispositivo según la invención es, por lo tanto, adecuado también para permitir una decantación de las materias sólidas residuales en el fondo del único tanque y su evacuación mediante cualquier medio conocido.
Un dispositivo según la invención comprende unos medios de aporte y de mantenimiento del nivel de líquido inerte en el único tanque. Puede tratarse de medios de aporte de líquido inerte de sustitución o de líquido inerte recogido después de la condensación.
Ventajosamente, un dispositivo según la invención comprende un transportador, denominado transportador de secado, con un tornillo accionado en rotación en una envoltura externa llevada a una temperatura adecuada para permitir el calentamiento de un residuo sólido en estado dividido, una evaporación de al menos una parte de su humedad, su secado al menos parcial y la formación de dicho material seco. Dicho transportador de secado presenta unos medios -especialmente una columna- de guiado y de eliminación del vapor de agua formado a partir del residuo sólido en estado dividido.
Ventajosamente, un dispositivo según la invención comprende también un transportador de tornillo de eje de rotación sustancialmente vertical de transporte de dicho material seco desde el extremo de salida del transportador de secado y que desemboca en un baño de líquido en el que dicho material seco se pone en contacto con el líquido inerte y forma un flujo de una dispersión de dicho material seco en el líquido inerte, evitando así cualquier obstrucción y cualquier bloqueo del transportador.
Ventajosamente, según una realización preferida, el dispositivo según la invención comprende una prensa de compresión de basuras domésticas a una presión al menos igual a 750 bares, y de extrusión del material -especialmente del residuo- sólido hidrocarbonado. Ventajosamente, el material -especialmente un residuo- sólido hidrocarbonado presenta un contenido de humedad menor que el 10%, especialmente comprendido entre el 8% y el 10%. Según esta realización preferida, el dispositivo según la invención comprende una prensa de extrusión, especialmente una prensa de extrusión tal como se describe en el documento EP 0563 173.
El dispositivo según la invención comprende al menos un dispositivo de introducción de una composición gaseosa oxigenada -especialmente de una composición gaseosa oxigenada a una presión mayor que la presión atmosféricaen dicha cámara de craqueo. Un dispositivo de introducción de este tipo puede comprender una pluralidad de inyectores de composición gaseosa oxigenada bajo presión en dicha cámara de craqueo.
La invención se refiere también a un dispositivo de producción de productos energéticos -especialmente de carburante- por craqueo catalítico de un material -especialmente de un residuo- sólido hidrocarbonado, que comprende un único tanque a) de formación y de circulación de un flujo de una dispersión, denominada dispersión de craqueo, que comprende un material hidrocarbonado en estado dividido, al menos un catalizador y al menos un compuesto alcalino, b) de craqueo catalítico de dicha dispersión de craqueo, y c) de reciclado de un flujo de líquido inerte frente al craqueo catalítico.
La invención se refiere también a un procedimiento de producción de productos energéticos -especialmente carburante- y a un dispositivo para la realización de este procedimiento, caracterizados, en combinación o no, por todas o parte de las características mencionadas anteriormente o a continuación. Sea cual sea la presentación formal que se le da, salvo que se indique lo contrario explícitamente, las diferentes características mencionadas anteriormente o a continuación no deben considerarse como estrecha o inextricablemente relacionadas entre sí, pudiendo la invención referirse a una sola de estas características estructurales o funcionales, o a una parte solo de estas características estructurales o funcionales, o a una parte solo de una de estas características estructurales o funcionales, o también a cualquier grupo, combinación o yuxtaposición de todas o parte de estas características estructurales o funcionales.
Otros objetivos, características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la lectura de la descripción siguiente, dada a título no limitativo de algunas de sus realizaciones posibles y que se refiere a los ejemplos dados únicamente a título de ilustración no limitativa de la invención y a las figuras anexas, en las que:
- la figura 1 es un esquema sinóptico de un procedimiento según la invención;
- la figura 2 es un esquema sinóptico de una variante particular de un procedimiento según la invención;
- la figura 3 es una representación esquemática de una primera variante particular de un dispositivo según la invención;
- la figura 4 es una representación esquemática de una segunda variante particular de un dispositivo según la invención;
- la figura 5 es una representación en corte transversal según el plano A-A de un detalle del dispositivo representado en la figura 4; y
- la figura 6 es una representación esquemática de un detalle de la segunda variante particular de un dispositivo según la invención representado en la figura 4.
En las figuras 3 a 6, las escalas y las proporciones no se respetan de manera necesaria estrictamente, con fines de claridad de la ilustración. Los términos “inferior”, “superior”, “arriba” y “abajo” se entienden con respecto al dispositivo en estado de funcionamiento, es decir en el que un baño de líquido inerte llena parcialmente el tanque en la parte baja del dispositivo y el elemento de recogida de los vapores formados durante el craqueo se extiende en la parte superior del dispositivo.
En la figura 1 se representa un esquema sinóptico de un procedimiento de producción de carburante por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado según la invención. En tal procedimiento, se prepara una dispersión, denominada dispersión 40 de craqueo, mediante la mezcla 11 de una cantidad de un material 1 sólido -especialmente un residuo- en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado-, de una cantidad de al menos un catalizador 10, de una cantidad de al menos un compuesto 20 alcalino -especialmente cal- y de una cantidad de líquido 30 inerte frente al craqueo catalítico, es decir, un líquido 30 inerte que no sufre modificación química cuando se coloca en condiciones (catalizador, temperatura, etc.) de transformación de compuestos hidrocarbonados del material sólido en estado dividido en hidrocarburos de cadenas cortas. Dicha mezcla 11 se realiza en condiciones seleccionadas para permitir una dispersión del material 1 sólido en estado dividido, del catalizador 10 y del compuesto 20 alcalino en el líquido 30 inerte, y una puesta en contacto de los compuestos hidrocarbonados del material 1 sólido en estado dividido y del catalizador 10. En particular, el material 1 sólido en estado dividido se calienta, especialmente a una temperatura comprendida entre 50°C y 100°C, por ejemplo del orden de 802C. Dicho calentamiento permite facilitar la dispersión del material 1 sólido en estado dividido en el líquido 30 inerte. Se prepara dicha dispersión 40 de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido hidrocarbonado, y preferentemente a una temperatura tan próxima como sea posible a esta temperatura de craqueo. Sin embargo, nada impide calentar dicha dispersión 40 de craqueo o algunos de los elementos constitutivos de dicha dispersión 40 de craqueo durante su elaboración siempre que este calentamiento no permita un aumento de la temperatura de dicha dispersión 40 de craqueo a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un compuesto hidrocarbonado del material 1 sólido en estado dividido. En estas condiciones, no se produce ninguna reacción de craqueo de un compuesto hidrocarbonado del material 1 sólido en estado dividido, ni ninguna reacción de formación de coque durante la mezcla 11.
En tal procedimiento, se realiza también una etapa 12 de calentamiento de una parte del líquido 30 inerte. Esta etapa 12 de calentamiento se realiza mediante cualquier medio de calentamiento apropiado y adaptado para poder aumentar la temperatura de una parte del líquido 30 inerte hasta una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material 1 sólido en estado dividido. Se forma un líquido 31 inerte caliente. Este líquido 31 inerte caliente está exento de material 1 sólido en estado dividido, no sufre ningún craqueo catalítico y no conduce a la formación de coque durante la etapa 12 de calentamiento.
Para los fines del craqueo, se realiza una mezcla 13 de una cantidad de dicha dispersión 40 de craqueo y de líquido 31 inerte caliente, de manera que la temperatura de la mezcla alcance una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material 1 sólido en estado dividido, pero no obstante menor que la temperatura de formación de coque. El procedimiento según la invención permite que la temperatura de la mezcla pase de una temperatura menor que, pero próxima a, la temperatura de craqueo, a una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cadacompuesto hidrocarbonado, sin necesitar un calentamiento de dicha dispersión 40 de craqueo al contacto con una superficie calentada a una temperatura al menos igual -especialmente mayor que- la temperatura de formación de coque, de dioxinas y de furanos. En un procedimiento según la invención, la temperatura central de dicha dispersión 40 de craqueo permanece menor que la temperatura de formación de coque durante la etapa 13 de mezcla.
En la práctica, se realiza la etapa 13 de mezcla:
- de una cantidad de dicha dispersión 40 de craqueo llevada a una temperatura menor que la temperatura de craqueo -es decir, menor que una temperatura comprendida entre 240°C y 340°C, especialmente entre 280°C y 340°C, según la composición química del material sólido hidrocarbonado-, sin recurrir a un intercambio de calor por contacto con una superficie calefactora de un dispositivo de calentamiento llevada a una temperatura mayor que 360°C -especialmente del orden de 400°C- y que excluye cualquier riesgo de formación de coque;
- de una cantidad de líquido 31 inerte caliente llevada a una temperatura tal que la temperatura de la mezcla de la cantidad de dicha dispersión 40 de craqueo y de la cantidad de líquido 31 inerte caliente alcance la temperatura de craqueo, y sin que el calentamiento del líquido 30 inerte provoque la formación de coque siempre que el líquido 30 inerte esté exento de material sólido en estado dividido, de compuesto hidrocarbonado y de catalizador.
No se produce formación de coque.
La mezcla de dicha dispersión 40 de craqueo y del líquido 31 inerte caliente, da como resultado la formación de compuestos en estado gaseoso, especialmente de hidrocarburos 50 de cadenas cortas en estado gaseoso a la temperatura de craqueo, de dióxido de carbono y de vapor de agua que, combinados con el líquido 31 inerte caliente, conducen a la formación de una espuma 43 (líquido/gas) de craqueo. Dicha espuma 43 de craqueo comprende unos hidrocarburos 50 de cadenas cortas en estado gaseoso formados durante la reacción de craqueo y que son origen del carburante 50 por condensación, pero también del catalizador 10 y del líquido 30 inerte, inalterados durante la reacción de craqueo.
En dicho procedimiento según la invención, la formación de los hidrocarburos 50 en fase gaseosa por craqueo catalítico no se acompaña de la formación de coque siempre que la temperatura de dicha dispersión 40 de craqueo permanezca menor que la temperatura de formación de coque.
En la figura 2 se representa un esquema sinóptico de una realización particular de un procedimiento de producción de carburante según la invención. En esta realización particular, se selecciona un material sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado. Puede tratarse de un residuo 1 sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado, especialmente material orgánico, material celulósico y/o materiales sintéticos poliméricos. Dicho residuo 1 sólido en estado dividido está en general sustancialmente exento de materiales putrescibles. Dicho residuo 1 sólido en estado dividido puede obtenerse, por ejemplo, al final de un procedimiento de clasificación de basuras domésticas o al final de un tratamiento por compresión de basuras domésticas en una prensa adaptada para poder separar los materiales putrescibles y los materiales combustibles de las basuras domésticas. En general, dicho desecho sólido en estado dividido puede presentar un contenido de humedad comprendido entre el 10% y el 30%.
En una etapa no representada en la figura 2, las basuras domésticas se someten a una compresión hasta una presión mayor que 750 bares en condiciones adecuadas para extraer una fracción fermentable en forma de pulpa húmeda, y formar el material -especialmente el residuo- sólido hidrocarbonado. Es posible y ventajoso realizar dicha compresión por medio de una prensa de extrusión, especialmente tal como se describe en el documento EP 0563 173.
En otra etapa no representada en la figura 2, se realiza una fragmentación del material -especialmente del residuosólido hidrocarbonado a fin de formar el material 1-especialmente el residuo- sólido en estado dividido. El material 1 sólido en estado dividido se puede obtener mediante cualquier procedimiento adecuado de fragmentación de un material sólido hidrocarbonado. Se puede obtener sometiendo el material sólido hidrocarbonado a una etapa de extrusión en una extrusora -po r ejemplo, una extrusora de un solo tornillo o de doble tornillo-. Se puede también obtener por laceración de un material sólido hidrocarbonado. Al final de esta etapa de fragmentación, el material 1 sólido en estado dividido está en forma de partículas sólidas que presentan una dimensión mayor menor que del orden de 20 mm y al menos una dimensión menor o igual a 3 mm. Preferentemente, el material 1 sólido en estado dividido está en forma de partículas sólidas que presentan una superficie específica menor o igual a 10 cm2 y un grosor menor o igual a 3 mm.
En la realización representada en la figura 2, el material 1 sólido en estado dividido se somete a una etapa 3 de calentamiento del material 1 sólido en estado dividido. Dicho calentamiento -a una temperatura comprendida entre 50°C y 100°C, por ejemplo de 802C- permite facilitar su dispersión posterior en el líquido 30 inerte. Permite también una eliminación de agua en forma de vapor del material 1 sólido en estado dividido y su secado al menos parcial. En esta etapa 3 de secado, se introduce el material 1 sólido en estado dividido en un extremo de entrada de un transportador, llamado transportador de calentamiento/secado, con un tornillo equipado de una funda periférica calentadora. Se elige dicho transportador de calentamiento/secado adecuado para poder calentar el material 1 sólido en estado dividido durante su transporte. Nada impide que dicho transportador de calentamiento/secado presente medios de recogida de vapor de agua liberado durante el secado 3 y de condensación de vapor de agua 14. En esta etapa de secado 3, es posible introducir el material 1 sólido en estado dividido de forma continua en el transportador de calentamiento/secado desde una tolva de almacenamiento del material 1 sólido en estado dividido y de distribución controlada del material 1 sólido en estado dividido.
Después, el material 4 sólido en estado dividido caliente se somete a una etapa 5 de dispersión en un líquido 30 inerte al craqueo catalítico y/o con un líquido 30 inerte -especialmente un líquido 32 inerte regenerado-. Para hacer esto, dicho material 4 sólido en estado dividido caliente se recoge en la salida del transportador de calentamiento/secado y se dispersa dicho material 4 sólido en estado dividido caliente en el líquido 30 inerte a una temperatura comprendida entre 200°C y 360°C, por ejemplo un líquido 30 inerte extraído de la espuma de craqueo y reciclado a una temperatura ligeramente menor que la temperatura de la espuma de craqueo, especialmente a una temperatura del orden de 330°C. esta dispersión 5 se realiza por medio de un dispositivo que comprende un transportador de tornillo con eje de rotación sustancialmente vertical que permite transportar dicho material 4 sólido en estado dividido caliente desde el extremo de salida del transportador de tornillo de calentamiento hasta el baño de líquido 30 inerte en el que se sumerge el extremo de salida del transportador de tornillo vertical. Se obtiene así una dispersión, denominada dispersión 6 caliente, del material 4 sólido en estado dividido caliente en el líquido 30 inerte. Dicho transportador de tornillo vertical permite poner dicho material 4 sólido en estado dividido caliente en contacto con el líquido 30 inerte y su dispersión 5 en el líquido 30 inerte. De esta manera, se evita una congestión del dispositivo de entrada de dicha dispersión 6 de dicho material 4 sólido en estado dividido caliente en el dispositivo de producción de carburante.
Después de esta mezcla, se somete dicha dispersión 6 caliente a una etapa 7 de desoxigenación y de transferencia hacia un dispositivo de producción de carburante. Esta etapa 7 de desoxigenación se realiza por medio de cualquier medio adecuado, por ejemplo poniendo dicha dispersión 6 caliente en contacto con una atmósfera gaseosa a una presión menor que la presión atmosférica, o poniendo dicha dispersión 6 caliente en contacto con una atmósfera gaseosa que presenta una presión parcial de oxígeno menor que la presión parcial de oxígeno del aire atmosférico. Esto da como resultado una extracción de oxígeno (O2) molecular de dicha dispersión 6 caliente. Esta etapa 7 de desoxigenación se realiza, por ejemplo, en un transportador, denominado transportador de desoxigenación, con un tornillo que comprende una campana para poner en contacto dicha dispersión 6 caliente con una composición gaseosa, especialmente aire atmosférico, a una presión menor que la presión atmosférica. Debido a la temperatura y a la depresión establecida en la campana en depresión, dicho transportador de desoxigenación permite una extracción de agua y un secado de dicha dispersión 6 caliente. El contenido de humedad del material 4 sólido en estado dividido se reduce de un valor inicial comprendido entre el 10% y el 30% a un valor menor que el 10%, especialmente comprendido entre el 8% y el 10%, preferentemente del orden del 8%.
En la salida de dicho transportador de desoxigenación se forma un flujo de una dispersión 8 desoxigenada del material 4 sólido en estado dividido de humedad reducida en un líquido inerte.
El flujo de la dispersión 8 desoxigenada se introduce en un elemento de mezclado del flujo de la dispersión 9 desoxigenada, de un flujo de al menos un catalizador 10 de craqueo, de un flujo de al menos un compuesto 20 alcalino y de un flujo de líquido 30 inerte y/o de un flujo de líquido 32 inerte regenerado. Los caudales de los flujos de la dispersión 8 desoxigenada, de catalizador 10 de craqueo, de compuesto 20 alcalino y de líquido 30 inerte se adaptan aguas arriba de la entrada del elemento de mezclado y de manera apropiada para respetar sus proporciones en la mezcla.
En este elemento de mezclado, mediante la mezcla 11 del flujo de la dispersión 8 desoxigenada, del flujo de catalizador 10, del flujo de compuesto alcalino 20 y del flujo de líquido 30 inerte, se produce una dispersión, llamada dispersión 40 de craqueo, a una temperatura menor que la temperatura de craqueo de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. En una realización particularmente ventajosa, se extrae el flujo de líquido 30 inerte y/o el flujo de líquido 32 inerte regenerado en un baño líquido 30 inerte contenido en un tanque del dispositivo de producción de carburante. En la salida del elemento de mezclado, se forma un flujo de dicha dispersión 40 de craqueo mantenido por unos primeros medios de bombeo de dicha dispersión 40 de craqueo colocados aguas abajo del elemento de mezclado y adaptados para permitir la expulsión de dicha dispersión 40 de craqueo en un conducto de calentamiento de dicha dispersión 40 de craqueo y después en una cámara llamada cámara de craqueo, para mezclar un flujo de dicha dispersión 40 de craqueo y un flujo de líquido 31 inerte caliente. Se realiza una etapa 15 de calentamiento de dicha dispersión 40 de craqueo y se forma una dispersión 41 de craqueo caliente a una temperatura menor que la temperatura de craqueo catalítico de cada compuesto hidrocarbonado.
Se forma también un flujo de líquido 30 inerte y/o de líquido 32 inerte regenerado mantenido por unos segundos medios de bombeo y de expulsión de este flujo en dicha cámara de craqueo. Un calentamiento 12 de este flujo de líquido 30 inerte y/o de líquido 32 inerte regenerado se realiza antes de su introducción en dicha cámara de craqueo. Se forma un flujo de líquido 31 inerte caliente a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido. Al estar el líquido 31 inerte caliente exento de cualquier compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido y de catalizador, no sufre ni craqueo catalítico ni permite la formación de coque.
En dicha cámara de craqueo, se realiza una etapa 42 de mezcla del flujo de dicha dispersión 41 de craqueo caliente, y del flujo de líquido 31 inerte caliente. Las temperaturas respectivas de dicha dispersión 41 de craqueo caliente y del líquido 31 inerte caliente y los caudales del flujo de dicha dispersión 21 de craqueo caliente y del flujo de líquido 31 inerte caliente se adaptan de manera que la temperatura de la mezcla 43 formada sea al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material 1 sólido en estado dividido y menor que la temperatura de formación de coque. Esta mezcla 42 se realiza mediante cualquier medio de mezcla apropiado. La reacción de craqueo catalítico se inicia en la mezcla 43 llevada a una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un -especialmente de cada- compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, liberando así unos hidrocarburos de cadenas cortas, dióxido de carbono, vapor de agua, de manera que la mezcla formada adopta la forma de una espuma, llamada espuma 43 de craqueo, que se desarrolla en dicha cámara de craqueo. Bajo el efecto conjugado de medios de mezclado y de la producción de hidrocarburos en estado gaseoso, de vapor de agua y de dióxido de carbono, dicha espuma 43 de craqueo se desarrolla en dicha cámara de craqueo en dirección y hasta una abertura superior desembocante de dicha cámara de craqueo. Dicha espuma 43 de craqueo se somete a una etapa 16 de centrifugación y de separación de una fase 17 gaseosa y de una composición 18 mixta sólido/líquido formada de una dispersión de materias sólidas procedentes del craqueo catalítico en un líquido 30 inerte. En una realización particularmente ventajosa, la composición 18 mixta sólido/líquido se dirige hacia el baño de líquido 30 inerte contenido en el tanque del dispositivo de producción de carburante. El líquido 30 inerte que se extiende en el dispositivo de producción de carburante circula entre el elemento de mezclado y de formación de dicha dispersión 40 de craqueo y dicha cámara de craqueo en la que forma la composición 18 mixta sólido/líquido. Esta circulación se mantiene por unos primeros medios de bombeo de dicha dispersión 40 de craqueo. El flujo de líquido 30 inerte que recibe la composición 18 mixta sólido/líquido se dirige gracias a unos primeros medios de bombeo hacia la entrada del elemento de mezclado y se somete, antes de su entrada en el elemento de mezclado, a una etapa 19 de separación por decantación de materias 21 sólidas y a un flujo de líquido 32 inerte regenerado. Las materias 21 sólidas decantadas se extraen del dispositivo de producción de carburante. Llegado el caso, el catalizador 10 se somete a una etapa de reciclado 22 para su reutilización, y el flujo de líquido 32 inerte regenerado sustancialmente exento de materias 21 sólidas se recicla durante la etapa 5 de mezcla de dicho material 4 seco en el líquido 30 inerte, o durante la mezcla 11 de preparación de dicha dispersión 40 de craqueo, o durante la etapa 12 de calentamiento de líquido 30 inerte y/o de líquido 32 inerte regenerado para iniciar la reacción de craqueo.
En una realización particularmente ventajosa de un procedimiento según la invención representada en la figura 2, durante la etapa 19 de separación por decantación, se recicla al menos una parte del flujo de líquido 30 inerte y se forma un flujo de líquido 32 inerte regenerado que se somete a un calentamiento 12 de este flujo de líquido 32 inerte regenerado a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo antes de su introducción en dicha cámara de craqueo. En esta realización particularmente ventajosa de un procedimiento según la invención representada en la figura 2, se recicla al menos otra parte del flujo de líquido 30 inerte y se forma un flujo de líquido 32 inerte regenerado adecuado para mezclarse con el material 4 sólido en estado dividido.
La fase 17 gaseosa procedente de dicha espuma 43 de craqueo se somete a una etapa 25 de condensación de los vapores de hidrocarburos de cadenas cortas a fin de formar el carburante 50.
En la figura 3 se representa esquemáticamente una primera variante particular de un dispositivo 100 de producción de carburante por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado según la invención.
El dispositivo 100 de producción de carburante comprende un tanque 101 de material rígido y adaptado para recibir un baño de líquido 30 inerte. El tanque 101 es un tanque aislado térmicamente para mantener sustancialmente la temperatura de los fluidos que circulan en el tanque 101. El tanque 101 presenta un tabique 104 vertical de separación parcial que se extiende entre un primer espacio, denominado espacio 105 de craqueo, que comprende una cámara 106 de craqueo y un segundo espacio, denominado espacio 107 de mezcla, para la preparación de una dispersión, llamada dispersión de craqueo, que comprende un material sólido en estado dividido, al menos un catalizador de craqueo, al menos un compuesto alcalino y un líquido inerte.
Dicho espacio 105 de craqueo está a presión atmosférica y presenta una abertura 02 que desemboca en la parte superior del tanque 101. La abertura 102 del tanque 101 está adaptada para recibir un elemento (no representado en la figura 3) de recogida de los vapores formados durante la reacción de craqueo catalítico y de condensación fraccionada de estos vapores. El elemento de recogida puede ser una columna de destilación fraccionada y de recogida del carburante en estado líquido. El elemento de recogida de los vapores se selecciona y se dimensiona para permitir la recogida de los hidrocarburos de cadenas cortas y agua, y su separación.
Dicho espacio 107 de mezcla está adaptado para poder llenarse parcialmente con un baño de líquido 30 inerte y contiene un elemento 111 de mezcla de un flujo de dicha dispersión de craqueo, de un flujo de catalizador(es) y de compuesto alcalino. El elemento 111 de mezcla se coloca para sumergirse en el baño de líquido 30 inerte y presenta una abertura 114 superior que desemboca en el baño de líquido 30 inerte, de manera que un flujo de líquido 30 inerte se introduce en el elemento 111 de mezcla por esta abertura 114 bajo la acción de primeros medios 115 de bombeo de dicha dispersión de craqueo interpuestos en comunicación de fluido aguas abajo del elemento 111 de mezclado y aguas arriba de dicha cámara 106 de craqueo catalítico. Los primeros medios 115 de bombeo permiten la introducción por aspiración de líquido 30 inerte en el elemento 111 de mezclado y la distribución por la expulsión de dicha dispersión de craqueo hacia dicha cámara 106 de craqueo catalítico. El elemento 111 de mezclado puede tener la forma de un cilindro de eje longitudinal colocado verticalmente en el tanque 101 y que presenta, en su extremo superior, la abertura 114 que desemboca en el baño de líquido 30 inerte, y una abertura 116 inferior que desemboca en un conducto 117 de entrada de dicha dispersión de craqueo hacia los primeros medios 115 de bombeo.
El elemento 111 de mezclado comprende una entrada 108 de una dispersión desoxigenada de dicho material seco, una entrada 109 de catalizador y de compuesto alcalino en el elemento 111 de mezclado. El elemento 111 de mezclado comprende unos medios 118 de mezcla de la dispersión desoxigenada, de catalizador(es) y de compuesto(s) alcalino(s) que comprenden unas palas soportadas por un árbol giratorio accionado en rotación por un motor 119. El elemento 111 de mezclado comprende también unos medios adicionales 120 de fragmentación del material sólido en estado dividido. Los medios adicionales 120 de fragmentación son accionados en rotación por un motor 121 acoplado a un árbol de eje coaxial con el árbol de acoplamiento del motor 119 a los medios 118 de mezcla.
Dicho espacio 107 de mezcla está configurado para poder contener, en su parte superior, un volumen 122 de composición gaseosa a una presión menor que la presión atmosférica, y que se extiende al contacto con el baño de líquido 30 inerte. Dicho volumen 122 en depresión comunica con un dispositivo 123 de aspiración para poner en depresión el volumen 122 y permitir una desoxigenación del baño de líquido 30 inerte.
El dispositivo 100 de producción de carburante representado esquemáticamente en la figura 3 comprende también unos medios de secado del material sólido en estado dividido que comprende un transportador 141 de tornillo equipado de una tolva 142 de almacenamiento y de distribución controlada de un flujo de material sólido en estado dividido en el transportador 141 de secado. El transportador 141 de secado está equipado de una funda 143 calentadora adaptada para poder calentar y secar el material sólido en estado dividido en el transportador 141 de secado. El transportador 141 de secado está también equipado de medios 144 de recogida y de condensación del vapor de agua formado durante este secado. El transportador 141 de secado permite formar, en la salida 145 del transportador 141 de secado, un material sólido en estado dividido de humedad reducida
El dispositivo 100 de producción de carburante representado esquemáticamente en la figura 3 comprende también un dispositivo 146 de dispersión de dicho material seco en un baño de líquido 30 inerte que comprende un transportador de envoltura cónica y tornillo sin fin con un eje de rotación sustancialmente vertical, y cuyo extremo 148 terminal está dispuesto para introducir la dispersión de dicho material seco al contacto y en el baño de líquido 30 inerte. El dispositivo 146 de dispersión está también equipado de una funda 147 de calentamiento y de mantenimiento de la dispersión de dicho material seco a la temperatura de secado.
La envoltura cónica del dispositivo 146 de dispersión de dicho material seco presenta una entrada de líquido inerte en comunicación con un circuito de suministro del dispositivo 146 de dispersión en líquido inerte del baño de líquido inerte exento de material sólido en estado dividido de dicho espacio 107 de mezcla. Este circuito de suministro comprende unos medios 156 de bombeo de líquido inerte y unos conductos 158 de transporte de líquido inerte que permiten mantener un nivel de líquido inerte sustancialmente constante en el dispositivo 146 de dispersión.
El dispositivo 100 de producción de carburante comprende también un transportador 149 de desoxigenación y de secado de la dispersión del material sólido en estado dividido en el líquido inerte. Tal transportador 149 de desoxigenación es un transportador de tornillo sin fin que presenta una funda de calentamiento y que está equipado de una campana 150 en comunicación de fluido gaseoso con un dispositivo 123 de aspiración para poner en depresión la campana 150 y adaptado para poner en contacto el líquido 30 inerte que circula en el transportador 149 de desoxigenación con una composición gaseosa a una presión menor que la presión atmosférica. El extremo terminal del transportador 149 de desoxigenación desemboca en el elemento 111 de mezclado. Dicho transportador 149 de desoxigenación permite una desgasificación al menos parcial de la dispersión de material sólido en estado dividido en el líquido inerte y su secado.
Dicho espacio 105 de craqueo está adaptado para poder llenarse parcialmente con un baño de líquido 30 inerte y contiene un conducto o bóveda 127 de craqueo de forma sustancialmente cilíndrica y de eje longitudinal que se extiende verticalmente en dicho espacio 105 de craqueo. La parte inferior de la bóveda 127 de craqueo se coloca para poder sumergirse en el baño de líquido 30 inerte y la parte superior de la bóveda 127 de craqueo se coloca para poder emerger del baño de líquido 30 inerte. La bóveda 127 de craqueo presenta, en su parte inferior, una entrada 128 de dicha dispersión de craqueo en la bóveda 127 en comunicación de fluido con los primeros medios 115 de bombeo, de tal manera que los primeros medios 115 de bombeo permitan la introducción de un flujo de dicha dispersión de craqueo en la parte inferior de la bóveda 127 de craqueo. Los primeros medios 115 de bombeo están adaptados para poder regular el flujo de dicha dispersión de craqueo que entra en la bóveda 127 de craqueo y en dicha cámara 106 de craqueo. La bóveda 127 de craqueo forma, en su parte inferior, un conducto 124 de calentamiento del flujo de dicha dispersión de craqueo que circula en la bóveda 127 de craqueo, estando equipado el conducto de calentamiento de primeros medios 129 de calentamiento del flujo de dicha dispersión de craqueo para formar un flujo de dicha dispersión de craqueo llevada a una temperatura menor que la temperatura de craqueo (estando la temperatura de craqueo comprendida entre 240°C y 340°C -especialmente entre 280°C y 340°C- dependiendo del material sólido en estado dividido) de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en la entrada 133 de dicha cámara 106 de craqueo.
La bóveda 127 de craqueo presenta, en su parte intermedia, una entrada 130 de un flujo de líquido inerte en la bóveda 127 de craqueo, expulsándose este flujo de líquido inerte en la bóveda 127 de craqueo por unos segundos medios 131 de bombeo de líquido 30 inerte extraído en el espacio 107 de mezcla. Los segundos medios 131 de bombeo permiten tal introducción de un flujo de líquido 30 inerte en dicha cámara 106 de craqueo mediante orificios 135 de dispersión y que desembocan en dicha cámara 106 de craqueo.
Los segundos medios 131 de bombeo están adaptados para poder formar, a partir de líquido inerte exento de materias sólidas que se extiende en dicho espacio 107 de mezcla, un flujo de líquido 30 inerte y para poder regular el flujo de líquido inerte que entra en la bóveda 127 de craqueo. La bóveda 127 de craqueo comprende también unos segundos medios 132 de calentamiento del flujo de líquido inerte adaptados para calentar el flujo de líquido inerte expulsado en dicha cámara 106 de craqueo por los medios 131 de bombeo y para formar un flujo de líquido inerte caliente previamente a su mezcla con dicha dispersión de craqueo. Los segundos medios 132 de calentamiento están dispuestos para calentar el flujo de líquido inerte y para no calentar el flujo de dicha dispersión de craqueo que fluye en el conducto 124 de calentamiento.
Dicha cámara 106 de craqueo presenta unos medios de mezcla del flujo de dicha dispersión de craqueo y del flujo de líquido inerte que presenta unas palas 134 de mezcla puestas en rotación por un motor 136 acoplado a un árbol 137 de transmisión.
La bóveda 127 de craqueo presenta, en su parte superior y extendiéndose frente a una abertura 138 que desemboca en dicha cámara 106 de craqueo, un dispositivo 139 de fragmentación de una espuma de craqueo formada por craqueo catalítico de dicha dispersión de craqueo en dicha cámara 106 de craqueo, que comprende unos medios de centrifugación de la espuma y de fragmentación de la espuma proyectada por los medios de centrifugación que atraviesan una rejilla 140 de fragmentación.
En un dispositivo 100 según la invención, el dispositivo 139 de fragmentación produce una composición mixta sólido/líquido que cae por gravedad en el baño de líquido 30 inerte del espacio 105 de craqueo. Los segundos medios 131 de bombeo de un flujo de líquido 30 inerte y/o de líquido inerte regenerado en dicho espacio 107 de mezcla, y que introducen este flujo en la bóveda 127 del espacio 107 de mezcla, y los primeros medios 115 de bombeo, que permiten una extracción de líquido 30 inerte en dicho espacio 107 de mezcla a través el elemento 111 de mezcla y que expulsan dicha dispersión 40 de craqueo en dicho espacio 105 de craqueo, contribuyen a la formación de una circulación y de una regeneración de líquido inerte entre dicho espacio 105 de craqueo y dicho espacio 107 de mezcla, y de una circulación de líquido inerte y de material sólido en estado dividido entre dicho espacio 107 de mezcla y dicho espacio105 de craqueo. El resultado es una producción continua de carburante.
En un dispositivo 100 de producción de carburante según la invención, el tabique 104 vertical dispone en su parte inferior una comunicación entre dicho espacio 107 de mezcla y dicho espacio 105 de craqueo. El tabique 104 vertical que forma un elemento 151 de separación sólido/líquido del líquido inerte y de materias sólidas (materias sólidas de partida y/o formadas durante el craqueo catalítico) permite el establecimiento y el guiado, en dicho espacio 105 de craqueo, de un flujo vertical (descendente, que fluye sustancialmente desde arriba hacia abajo del tanque) de líquido inerte cargado de materias sólidas procedentes del craqueo catalítico, y el establecimiento, en dicho espacio 107 de mezcla, de un flujo vertical (ascendente, que fluye sustancialmente desde abajo hacia arriba del tanque) de líquido 30 inerte sustancialmente exento de materias sólidas y que permite una decantación de materias solidas en una zona 157 de decantación que se extiende en el fondo del tanque 101 durante la reorientación del flujo y la regeneración de líquido inerte. El elemento 151 de separación sólido/líquido del líquido inerte de materias sólidas puede ser un elemento de separación sólido/líquido por decantación de las materias sólidas, obteniéndose la separación sólido/líquido por arrastre por sedimentación de las materias sólidas de densidad superior a la densidad del líquido inerte y por la reorientación del flujo de líquido inerte. El dispositivo según la invención permite la decantación de las materias sólidas en el fondo del tanque 101 y su evacuación mediante cualquier medio conocido.
Un dispositivo 100 de producción de carburante según la invención comprende también una entrada 159 de líquido inerte -especialmente de líquido inerte reciclado- para el mantenimiento del nivel de líquido inerte en el tanque 101.
Un dispositivo de producción de carburante según la invención está adaptado para permitir una circulación de una composición fluida que comprende un líquido inerte en un único tanque térmicamente aislado, entre:
- un espacio de craqueo del único tanque en el que al menos un compuesto hidrocarbonado de un material sólido en estado dividido de la composición fluida se transforma al menos en parte en carburante por craqueo catalítico;
- un espacio de separación sólido/líquido de materias sólidas (material sólido en estado dividido y/o materias sólidas formadas durante el craqueo catalítico) y de líquido inerte reciclado procedente de esta separación;
- un espacio de mezcla de material sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado, catalizador, compuesto alcalino y líquido inerte reciclado a fin de formar la composición fluida para su craqueo catalítico.
En la figura 4 se representa esquemáticamente una segunda variante particular de un dispositivo 200 de producción de carburante por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado según la invención. El dispositivo 200 comprende un tanque 201 de material rígido y adaptado para contener un baño líquido 30 inerte. El tanque 201 presenta una envoltura 251 externa de un material térmicamente aislante y permite limitar las pérdidas de energía calorífica de los fluidos que circulan en el conjunto del tanque 201. El tanque 201 presenta un tabique 204 interno vertical de separación parcial del espacio 205 de craqueo que comprende la cámara 206 de craqueo, por un lado, y el espacio 207 de mezcla y de preparación de dicha dispersión de craqueo por otro lado.
El espacio 205 de craqueo presenta una abertura 225 superior desembocante a presión atmosférica y adaptada para cooperar con un elemento de recogida (no representado en la figura 4) de los vapores formados durante la reacción de craqueo catalítico y de condensación fraccionada de estos vapores, comprendiendo dicho espacio 205 de craqueo en la parte superior una bolsa gaseosa a presión atmosférica. El tabique 204 permite, cuando el tanque 201 contiene un líquido inerte, formar en el espacio 207 de mezcla una bolsa gaseosa atrapada de manera estanca por encima del líquido 30 inerte y susceptible de colocarse en depresión, es decir a una presión menor que la presión atmosférica, por medio de un dispositivo 223 de aspiración.
El tabique 204 forma -en combinación con unos primeros medios 215 de bombeo de dicha dispersión de craqueo en el espacio 207 de mezcla, de expulsión de dicha dispersión de craqueo en el espacio 205 de craqueo y de establecimiento de una circulación de composición líquida que comprende un líquido inerte en el tanque 201- un elemento 281 de separación sólido/líquido del líquido inerte y de las materias sólidas (materias sólidas de partida y/o formadas durante el craqueo catalítico) por decantación.
En la realización según la invención representada en la figura 4, el tanque 201 del dispositivo 200 de producción de carburante comprende un fondo que presenta una pendiente de guiado de las materias sólidas decantadas en una zona 268 de decantación hacia un colector 259 -especialmente un transportador de tornillo sin fin- de guiado de las materias sólidas decantadas hacia una válvula 260 de evacuación.
Dicho espacio 207 de mezcla contiene un elemento 211 de mezclado y de preparación de una dispersión de craqueo, colocado para sumergirse parcialmente en el baño de líquido 30 inerte, de manera que el baño de líquido 30 inerte intercambia calor con el elemento 211 de mezclado. El elemento 211 de mezclado presenta una abertura 214 superior que emerge del baño de líquido 30 inerte y que forma una embocadura 264 de recepción de una composición que comprende el catalizador y el compuesto alcalino contenido en un depósito 209.
El elemento 211 de mezclado presenta también una entrada 208 de una dispersión de material sólido hidrocarbonado -especialmente de material sólido hidrocarbonado deshidratado y desoxigenado- en un líquido 30 inerte, a fin de formar dicha dispersión de craqueo mediante la mezcla de la dispersión de material sólido hidrocarbonado y de la composición de catalizador y de compuesto alcalino. En el modo de funcionamiento del dispositivo 200 según la invención, la entrada 208 de dispersión de craqueo se extiende por debajo del nivel de líquido inerte del elemento 211 de mezclado. La entrada 208 de la dispersión de material sólido hidrocarbonado está en comunicación de fluido con un transportador 241 de transporte de la dispersión de material sólido hidrocarbonado en un líquido inerte hacia la entrada 208 del elemento 211 de mezclado. El transportador 241 comprende un tornillo sin fin que coopera con un canal de transporte abierto en su cara superior y que presenta en su cara inferior una funda 252 externa de calentamiento atravesada por un flujo de líquido inerte caliente extraído en el espacio 207 de mezcla e introducido en la funda 252 externa de calentamiento por medio de orificios 257 de distribución. Este flujo de líquido inerte caliente es impulsado hacia la funda 252 externa de calentamiento y en contacto a lo largo de la longitud del transportador por una bomba 266 de circulación de líquido inerte y se introduce en el volumen interno del transportador 241 por medio de aberturas 282 de introducción de este flujo de líquido inerte caliente (del orden de 2602C) en el transportador 241 colocadas sustancialmente en uno de los extremos longitudinales del transportador 241. De esta manera, el líquido inerte caliente transmite calor al transportador 241 y a la dispersión de material sólido hidrocarbonado que circula en el transportador 241, y mantiene la temperatura de la dispersión, después contribuye a formar la dispersión de material sólido hidrocarbonado mediante la mezcla con un material sólido hidrocarbonado.
El tornillo sin fin del transportador 241 es sustancialmente horizontal y se extiende por debajo del nivel de líquido inerte del espacio 207 de mezcla, de manera que ningún medio específico es necesario para el suministro de líquido inerte del transportador 241 de tornillo. El transportador 241 de tornillo comprende también una campana 250 de desgasificación -especialmente de desoxigenación- de la dispersión de material sólido hidrocarbonado en el líquido inerte mantenido en depresión -es decir, una presión menor que la presión atmosférica- por medio de un dispositivo 223 de aspiración que comunica con la campana 250 de desoxigenación y con el espacio 207 de mezcla a través de conductos 256. Tal campana 250 de desgasificación -especialmente de desoxigenación- permite la formación de una dispersión desgasificada - especialmente al menos parcialmente desoxigenada- y seca de material sólido hidrocarbonado en el líquido inerte. En la figura 5 se representa una vista en corte transversal del transportador 241 a nivel de la campana 250 de desgasificación.
El dispositivo 200 de producción de carburante representado esquemáticamente en la figura 4 comprende también un dispositivo 246 de transporte de un material sólido hidrocarbonado en estado dividido en el transportador 241 de tornillo desde una tolva 242 de carga del material sólido hidrocarbonado en estado dividido. La tolva 242 de carga del material sólido hidrocarbonado comprende un elemento 243 de calentamiento del material sólido hidrocarbonado a una temperatura comprendida, por ejemplo, entre 50°C y 100°C (especialmente 80°C) y una funda 253 térmicamente aislante. La tolva 242 de carga comprende también unos medios 255 de control del flujo de material sólido hidrocarbonado introducido en el dispositivo 200 de producción de carburante. El dispositivo 246 de transporte puede ser un transportador de tornillo sin fin que presenta un manguito de forma sustancialmente cónica y un tornillo sin fin de eje de rotación sustancialmente vertical y cuyo extremo 248 terminal está dispuesto para poder suministrar al transportador 241 de tornillo el material sólido hidrocarbonado en estado dividido.
El elemento 211 de mezclado del dispositivo 200 según la invención comprende unos medios 218 de mezcla de un flujo de dispersión desgasificada -especialmente desoxigenada- de material sólido hidrocarbonado en el líquido inerte y de la composición de catalizador(es) y de compuesto(s) alcalino(s) que forman dicha dispersión de craqueo. Los medios 218 de mezcla presentan palas o cuchillas soportadas por un árbol 267 accionado en rotación por un motor 219. Puede utilizarse cualquier otro medio de mezcla y/o de trituración. El dispositivo 200 de producción de carburante comprende unos primeros medios 215 de bombeo de dicha dispersión de craqueo desde el elemento 211 de mezclado y de expulsión de dicha dispersión de craqueo hacia el espacio 205 de craqueo. Dicha dispersión de craqueo es arrastrada aguas arriba de los primeros medios 215 de bombeo en un conducto 217 que comunica con una abertura 216 inferior del elemento 211 de mezclado y aguas arriba de los primeros medios 215 de bombeo por un conducto 265 que desemboca en un conducto 224 de calentamiento que se extiende en la parte inferior del espacio 205 de craqueo.
El dispositivo 200 según la invención comprende unos medios 229 de calentamiento primario de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo. En la variante representada en la figura 4, los medios 229 de calentamiento primario comprenden un intercambiador 261 de calor adaptado para extenderse en el conducto 224 de calentamiento al contacto con el flujo de dicha dispersión de craqueo. El intercambiador 261 de calor está configurado para permitir un intercambio de calor entre un fluido portador de calor que circula en el intercambiador 261 de calor y dicha dispersión de craqueo. El fluido portador de calor circula en un conducto 262 de circulación del fluido portador de calor entre una entrada y una salida del intercambiador 261 de calor y una unidad de calentamiento (no representada en la figura 4) del fluido portador de calor. El conducto 262 de circulación comprende una electroválvula 263 de regulación del caudal del flujo de fluido portador de calor en función de la temperatura y del caudal del flujo de dicha dispersión de craqueo que circula en el conducto 224 de calentamiento. Los medios 229 de calentamiento primario son adaptados para poder calentar dicha dispersión de craqueo a una temperatura (especialmente una temperatura del orden de 240°C a 2802C) menor que la temperatura de craqueo del material sólido -especialmente del residuo- en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado.
El dispositivo 200 según la invención, representado en la figura 4, comprende unos medios 232 de calentamiento secundarios de líquido inerte adaptados para poder calentar un flujo de líquido inerte y colocar este flujo de líquido inerte caliente en contacto con dicha dispersión de craqueo. Los medios 232 de calentamiento secundarios de líquido inerte pueden ser de cualquier naturaleza. Puede tratarse de un intercambiador de calor que comprende un circuito de fluido portador de calor llevado a una temperatura elegida para poder (según los caudales respectivos del fluido portador de calor y del líquido inerte) aumentar la temperatura de un flujo de líquido inerte a una temperatura suficiente (por ejemplo del orden de 330°C) para aumentar la temperatura de dicha dispersión de craqueo a un valor del orden de 260°C a 300°C (especialmente del orden de 280°C). Los medios 232 de calentamiento secundarios de líquido inerte están dispuestos para no calentar el flujo de dicha dispersión de craqueo que fluye en el conducto 224 de calentamiento, de manera que no conduzcan a la formación de coque.
El dispositivo 200 según la invención comprende unos medios 231 de bombeo de un flujo de líquido inerte exento de material sólido en estado dividido y de catalizador en el espacio 207 de mezcla y de expulsión de este flujo de líquido inerte al contacto con los medios 232 de calentamiento secundarios, en los que el flujo de líquido inerte se caliente e introduce bajo presión en la cámara 206 de craqueo. La mezcla del flujo de dicha dispersión de craqueo y del flujo líquido inerte caliente en la cámara 206 de craqueo permite que esta mezcla alcance sustancialmente la temperatura de craqueo sin que dicha dispersión de craqueo se ponga en contacto con una pared calentada a una temperatura capaz de conducir a la formación de coque.
Los medios 232 de calentamiento secundarios de líquido inerte están dispuestos en la cara interna de un recinto que forma un primer toro 269 periférico de distribución del flujo de líquido inerte en la cámara 206 de craqueo, del cual se representa un detalle en la figura 6. El toro 269 de distribución está en comunicación con los medios 231 de bombeo de flujo de líquido inerte por medio de un conducto 270 de entrada de líquido inerte en el toro 269 de distribución y presenta unos orificios 271 de inyección de líquido inerte caliente que desembocan en la cámara 206 de craqueo y en contacto con dicha dispersión de craqueo, por lo cual dicha dispersión de craqueo alcanza casi la temperatura de craqueo de al menos un compuesto hidrocarbonado. La reacción de craqueo da como resultado la producción de hidrocarburos en estado gaseoso, de dihidrógeno (H2) en estado gaseoso, de dióxido de carbono y de vapor de agua en dicha dispersión de craqueo que conduce a la formación de una espuma en expansión con la formación de estos compuestos en estado gaseoso.
La cámara 206 de craqueo comprende una turbina 272 de mezcla y de impulso de dicha dispersión de craqueo y de la espuma en expansión en la parte alta de la cámara de craqueo. La turbina 272 está montada de forma solidaria con un árbol 237 giratorio acoplado a un motor 236 de arrastre en rotación a una velocidad del orden de 3 rps.
En una variante representada en la figura 4 y en la figura 6, la cámara 206 de craqueo del dispositivo 200 de producción de carburante comprende un toro 273 periférico inferior de distribución de una composición gaseosa oxigenada en la cámara 206 de craqueo. El toro 273 periférico inferior está en comunicación con un ventilador 275 de composición gaseosa oxigenada por medio de un conducto 274 de entrada de composición gaseosa oxigenada en el toro 273 periférico inferior y presenta unas aberturas 276 de inyección de composición gaseosa oxigenada en la cámara 206 de craqueo. Este aporte de oxígeno da como resultado una reacción exotérmica con el dihidrógeno en estado gaseoso producido durante el inicio del craqueo catalítico, que compensa, al menos en parte, la entalpía (endotérmica) de vaporización del carburante. La reacción de craqueo catalítico se continúa sin formación de coque al contacto con una pared caliente.
En la variante representada en la figura 4 y en la figura 6, la cámara 206 de craqueo del dispositivo 200 de producción de carburante comprende un toro 277 periférico superior de distribución de composición gaseosa oxigenada en la cámara 206 de craqueo. El toro 277 periférico superior está en comunicación con el ventilador 275 de composición gaseosa oxigenada por medio de un segundo conducto 274 de entrada de composición gaseosa oxigenada en el toro 277 periférico superior que presenta unas aberturas de inyección de composición gaseosa oxigenada en la cámara 206 de craqueo. Este aporte de composición gaseosa oxigenada -especialmente del oxígeno de esta composición gaseosa- da como resultado una reacción exotérmica con el dihidrógeno en estado gaseoso producido durante la continuación del craqueo catalítico, que compensa, al menos en parte, la entalpía de vaporización (endotérmica) del carburante y que permite mantener, incluso aumentar, la temperatura en la cámara de craqueo a una temperatura del orden de 330°C a 340°C de vaporización total de los alcanos del carburante. La reacción de craqueo catalítico se continúa sin formación de coque al contacto con una pared llevada a una temperatura mayor que 360°C.
En la variante de un dispositivo 200 de producción de carburante representada en la figura 4 y en la figura 6, la cámara 206 de craqueo inmóvil en rotación presenta en su parte superior una abertura 238 superior que desemboca en un dispositivo 239 giratorio de fragmentación de la espuma de craqueo arrastrada por la turbina 272. El dispositivo 239 giratorio de fragmentación está montado de forma solidaria con un árbol giratorio -po r ejemplo del árbol 237 giratorio de la turbina 272 o de un árbol giratorio coaxial con el árbol 237 giratorio de la turbina 272- accionado en rotación por un dispositivo 236 motor de accionamiento. El dispositivo 239 giratorio de fragmentación y la cámara 206 de craqueo presentan unos palieres 278 complementarios de guiado en rotación del dispositivo 239 giratorio de fragmentación con respecto a la cámara 206 de craqueo. El dispositivo 239 giratorio de fragmentación presenta unas expansiones 279 radiales de solidarización y de centrado del dispositivo 239 giratorio de fragmentación y del árbol 237 giratorio. Estas expansiones 279 radiales pueden formar unos álabes impulsores de la espuma de craqueo desde la cámara 206 de craqueo hacia el dispositivo 239 giratorio de fragmentación. El dispositivo 239 giratorio de fragmentación forma un tambor con un eje de rotación vertical cuya pared cilindrica está perforada. La pared cilindrica puede estar formada de una pluralidad de listones 280 paralelos y espaciados los unos de los otros que disponen unos pasos de fragmentación para la espuma de craqueo impulsada hacia el exterior del tambor por la rotación del dispositivo 239 giratorio. El dispositivo 239 giratorio de fragmentación puede también comprender una rejilla 240 externa que presenta una malla adecuada para permitir una fragmentación de la espuma de craqueo proyectada a través de esta malla. Tal fragmentación de la espuma de craqueo permite liberar los compuestos gaseosos de la espuma de craqueo y su condensación posterior en el elemento de recogida (no representado en las figuras 4 y 5). El dispositivo 239 giratorio de fragmentación comprende también una placa 279 para cerrar el extremo longitudinal superior del tambor solidario de los listones 280 paralelos y del árbol 237 giratorio.
Un dispositivo 200 de producción de carburante representado en la figura 4 comprende un dispositivo de mantenimiento del nivel de líquido 30 inerte en el tanque 201. Tal dispositivo puede comprender una bomba de complementación de líquido 30 inerte y/o una válvula de entrada 258 de líquido 30 inerte en el tanque 201. El dispositivo 200 de producción de carburante comprende también unos medios de detección del nivel de líquido 30 inerte en el tanque 201 y de activación de la válvula de entrada y/o de la bomba cuando el nivel de líquido inerte es menor que un valor umbral de este nivel.
Un dispositivo de producción de carburante según la invención está adaptado para permitir:
- un control del caudal del flujo y de la temperatura de dicha dispersión de craqueo;
- un control del caudal del flujo y de la temperatura del líquido inerte, y;
- llegado el caso, el caudal del flujo de composición gaseosa oxigenada.
Ejemplo 1- Tratamiento de basuras domésticas
Las basuras domésticas procedentes de una recogida urbana comprenden típicamente de promedio del orden del 32% (en masa) de materias putrescibles (es decir, de biomasa de origen animal o vegetal), del orden del 45% (en masa) de materias combustibles (incluyendo un 34% de materias esencialmente celulósicas y un 11% de materiales sintéticos poliméricos o compuestos), y del orden del 23% (en masa) de materias inertes (vidrios, metales, minerales). Después de la eliminación de las materias inertes de estas basuras domésticas, se someten estas últimas a una etapa de compresión en una prensa, tal como se describe en el documento EP 0563 173. Durante esta compresión, las basuras domésticas se separan en una fracción que fluye a través de los canales de la prensa en forma de una pulpa orgánica que contiene una proporción másica del 96 al 97% de materia putrescibles y en una fracción, denominada residuo doméstico sólido, retenida en la prensa y que contiene del orden del 70% de materias celulósicas (especialmente, papeles, cartones, textiles sanitarios) y del orden del 30% de residuos sintéticos poliméricos. Dicho residuo doméstico sólido comprende también del orden del 3% de materias inertes incombustibles (vidrios, metales, minerales diversos y otros que hayan escapado de la clasificación inicial) y del orden del 4% de materia orgánica putrescible. El contenido de humedad relativa de dicho residuo doméstico sólido oscila en un valor del orden del 10% inmediatamente a la salida de la prensa y se estabiliza a un valor del orden del 28% después del almacenamiento, por rehumectación natural por la humedad del aire. Dicho residuo doméstico sólido está presente, a la salida de una extrusora o de una prensa tal como se describe en el documento EP 0 563 173, en forma de bloques de hojas compactos que presentan una densidad sustancialmente del orden de 0,85 y que no son inflamables en masa compacta. Este residuo doméstico sólido se puede descomponer, especialmente por laceración. Se forma un residuo sólido en estado dividido formado de partículas que presentan una dimensión mayor inferior o igual a del orden de 20 mm, y al menos una dimensión menor inferior a 3 mm. Además, dicho residuo doméstico sólido comprende sólo del orden del 3% de materia inerte (o rechazos, tales como gravas, vidrios, otros, etc.) que no es susceptible de sufrir un craqueo catalítico según la invención.
En una etapa preliminar de un procedimiento según la invención, se introduce el residuo sólido en estado dividido en un transportador, llamado transportador de secado, de tornillo giratorio en una envoltura externa llevada a una temperatura adaptada para permitir su calentamiento, una evaporación de al menos una parte de su humedad y su secado al menos parcial. Dicho transportador de secado presenta también una columna de condensación del vapor de agua liberado del residuo sólido en estado dividido. Esta etapa de calentamiento da como resultado un residuo, denominado residuo seco, que presenta un contenido de humedad comprendido entre el 8% y el 10% a la salida de dicho transportador de secado y adecuado para poder someterse posteriormente a un craqueo catalítico según la invención.
Se mezcla después una cantidad de dicho residuo seco y una cantidad de líquido inerte frente al craqueo catalítico. Esta mezcla se realiza mediante un transportador de tornillo que se extiende a la salida de dicho transportador de secado, cuyo eje de rotación del tornillo es sustancialmente vertical, y el sentido de rotación del tornillo está adaptado para que dicho transportador de transferencia transporte dicho residuo seco hacia la parte baja hasta un baño de líquido inerte, sumergiéndose el tornillo de transportador de transferencia en el baño de líquido inerte a fin de introducir el residuo seco en el baño de líquido inerte. Esta configuración permite en particular favorecer la dispersión de dicho residuo seco en el baño de líquido inerte y evitar una oclusión del dispositivo por atascamiento durante el contacto de dicho residuo seco y del líquido inerte.
En un procedimiento según la invención, la mezcla se somete a un calentamiento a la temperatura de 150°C durante su transferencia en un transportador en una fase de desgasificación bajo presión menor que la presión atmosférica durante un calentamiento de la mezcla.
Se realiza un tratamiento por craqueo catalítico de residuo seco para fabricar carburante con un caudal del orden de 1000 l/h, que corresponde a un caudal de producción de carburante del orden de 0,24 kg/s para una densidad de carburante de 0,86. El residuo seco comprende del orden del 70% (en masa de residuo seco) de residuos celulósicos (tales como, por ejemplo, papel, cartón, textiles sanitarios) y del orden del 30% (en masa de residuo seco) de residuos sintéticos poliméricos, incluyendo residuos sintéticos compuestos.
A título indicativo únicamente, el residuo seco presenta una composición elemental, expresada en porcentaje másico del residuo seco, y se da en la tabla 1 siguiente, dependiendo esta composición elemental esencialmente del origen y de la naturaleza del residuo.
Tabla 1
Figure imgf000023_0001
El rendimiento de craqueo de los residuos celulósicos es del orden del 32%, y el rendimiento de craqueo de los residuos sintéticos poliméricos es del orden del 80%. El rendimiento global medio de craqueo de este residuo es del orden del 46,4%.
Los caudales másicos de los reactivos (entrantes) y del carburante producido se dan en la tabla 2 siguiente.
Tabla 2
Figure imgf000023_0002
La invención puede ser objeto de numerosas variantes y aplicaciones diferentes de las descritas anteriormente. En particular, por supuesto salvo que se indique lo contrario, las diferentes características estructurales y funcionales de cada una de las realizaciones descritas anteriormente no deben considerarse como combinadas y/o estrecha y/o inextricablemente unidas las unas a las otras, sino, por el contrario, como simples yuxtaposiciones. Además, las características estructurales y/o funcionales de las diferentes realizaciones descritas anteriormente pueden ser objeto, en todo o parte, de cualquier yuxtaposición diferente o de cualquier combinación diferente. Por ejemplo, el dimensionamiento, la organización en el espacio y el diseño de los diferentes elementos constitutivos del dispositivo están sujetos a infinidad de variantes.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de producción de productos energéticos por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado, en el que se calienta una dispersión, llamada dispersión (40) de craqueo, que comprende:
o un material (1) sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado;
o al menos un catalizador (10) de craqueo catalítico;
o al menos un compuesto (20) alcalino, y;
o un líquido (30) inerte frente al craqueo catalítico;
de manera que dicha dispersión (40) de craqueo alcance una temperatura, denominada temperatura de craqueo, comprendida entre 240°C y 340°C, adecuada para permitir un craqueo catalítico de al menos un compuesto hidrocarbonado de dicha dispersión (40) de craqueo, que provoca una producción de hidrocarburos, denominados hidrocarburos (50) de cadenas cortas, de menor masa molecular que dicho compuesto hidrocarbonado; caracterizado por que se alcanza dicha temperatura de craqueo mediante la mezcla de una cantidad de dicha dispersión (40) de craqueo y de una cantidad de líquido (30) inerte sustancialmente exento de material (1) sólido en estado dividido y de catalizador (10), llevándose el líquido inerte a una temperatura menor que 360°C y mayor que dicha temperatura de craqueo, realizándose dicha mezcla de tal manera que la mezcla formada alcance una temperatura al menos igual a dicha temperatura de craqueo y menor que una temperatura de formación de coque, y por que a dicha dispersión (40) de craqueo a dicha temperatura de craqueo se aporta una cantidad de una composición gaseosa oxigenada adecuada para provocar una reacción exotérmica con al menos una parte de dihidrógeno producido durante el craqueo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se realiza una etapa (3) de secado del material (1) sólido en estado dividido durante la cual se mantiene una dispersión del material (1) sólido en estado dividido en un líquido inerte a una temperatura mayor que 100°C, a fin de formar una dispersión de un material, llamado material (4) seco, sólido en estado dividido, que presenta un contenido de humedad menor que el 10% en un líquido inerte.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que se realiza una etapa (7) de desoxigenación del material (1) sólido en estado dividido durante la cual se mantiene una dispersión del material (1) sólido en estado dividido en un líquido inerte a la temperatura de craqueo en contacto con una atmósfera gaseosa que presenta un valor de presión parcial de oxígeno menor que la presión parcial de oxígeno del aire atmosférico a fin de formar una dispersión (8) desoxigenada del material (1) sólido en estado dividido en el líquido (30) inerte.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que se realiza una etapa (11) de mezcla en flujo continuo en la que se pone en contacto y se mezcla:
- un flujo de la dispersión (8) desoxigenada de dicho material (4) seco en el líquido (30) inerte;
- al menos un catalizador (10) de craqueo catalítico, y;
- al menos un compuesto (20) alcalino, y;
- un flujo de líquido (30) inerte;
a fin de formar un flujo de dicha dispersión (40) de craqueo que presente una temperatura menor que dicha temperatura de craqueo y en la que al menos un catalizador (10) esté en contacto con al menos un compuesto hidrocarbonado del material (1) sólido en estado dividido.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que se calienta un flujo de líquido (30) inerte de manera que el líquido (30) inerte de este flujo alcance una temperatura mayor que dicha temperatura de craqueo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que se elige y se ajusta:
- la temperatura del flujo de líquido (30) inerte,
- la temperatura del flujo de dicha dispersión (40) de craqueo,
- un caudal del flujo de líquido (30) inerte, y
- un caudal del flujo de dicha dispersión (40) de craqueo;
de manera que la temperatura de la mezcla de dicha suspensión (40) de craqueo y del líquido (30) inerte alcance una temperatura al menos igual a la temperatura de craqueo de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido y menor que la temperatura de formación de coque.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dicha dispersión (40) de craqueo llevada a una temperatura al menos igual a dicha temperatura de craqueo forma una espuma, denominada espuma (43) de craqueo, debido a la reacción de craqueo, y se somete dicha espuma (43) de craqueo a una etapa (16) de centrifugación mediante la cual se realiza una separación de una fase (17) gaseosa y de una composición (18) mixta sólido/líquido formada de una dispersión de materias (21) sólidas procedentes del craqueo en el líquido (30) inerte.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que se realiza una condensación de la fase (17) gaseosa en condiciones adecuadas para formar los productos energéticos.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que la composición (18) mixta sólido/líquido procedente de la etapa (16) de centrifugación se somete a una etapa (19) de separación líquido/sólido, en la que se forma un líquido (30) inerte, sustancialmente exento de materias (21) sólidas, y después se recicla el líquido (30) inerte.
10. Dispositivo (100, 200) de producción de productos energéticos por craqueo catalítico de un material sólido hidrocarbonado, que comprende:
- una cámara, denominada cámara (106, 206) de craqueo, configurada para permitir una mezcla de un flujo de un líquido inerte frente al craqueo catalítico y de un flujo de una dispersión, denominada dispersión (40) de craqueo, que comprende:
o un material sólido en estado dividido que contiene al menos un compuesto hidrocarbonado;
o al menos un catalizador de craqueo catalítico, y;
o al menos un compuesto alcalino;
dispersados en un líquido inerte;
presentando dicha cámara (106, 206) de craqueo:
■ una primera entrada (133, 233) del flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo catalítico de cada compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
■ una segunda entrada (130, 230) del flujo de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo catalítico de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido;
■ medios (134, 272) de mezcla del flujo de dicha dispersión de craqueo y del flujo de líquido inerte en dicha cámara (106, 206) de craqueo;
■ al menos una abertura (138, 238) de escape de dicha dispersión de craqueo en forma de una espuma, denominada espuma de craqueo, que comprende unos hidrocarburos formados por craqueo catalítico; - unos primeros medios (129, 229) de calentamiento del flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que la temperatura de craqueo;
- unos segundos medios (132, 232) de calentamiento del flujo de líquido inerte a una temperatura mayor que la temperatura de craqueo catalítico de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, y;
- al menos un dispositivo (273, 277) de introducción de una composición gaseosa oxigenada en dicha cámara (106) de craqueo.
11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende un único tanque (101, 201) aislado térmicamente y adaptado para poder contener un baño de líquido inerte, y que contiene:
- dicha cámara (106, 206) de craqueo;
- al menos un dispositivo, denominado conducto (111,211) de mezcla, para poner en contacto y mezclar:
o un flujo de una dispersión de material hidrocarbonado en un líquido inerte;
o al menos un catalizador, y;
o al menos un compuesto alcalino, y;
o un flujo de líquido inerte formado a partir del baño de líquido inerte;
adaptado para formar un flujo de dicha dispersión de craqueo a una temperatura menor que dicha temperatura de craqueo;
- al menos un elemento (151, 281) de separación líquido/sólido de materias sólidas procedentes del craqueo catalítico y de líquido inerte;
- una primera bomba (115, 215) interpuesta entre dicho conducto (111,211) de mezcla y dicha cámara (106, 206) de craqueo y adaptada para suministrar el flujo de dicha dispersión de craqueo en dicha cámara (106, 206) de craqueo por medio de los primeros medios (129, 229) de calentamiento;
- una segunda bomba (131) interpuesta entre el elemento (151, 281) de separación líquido/sólido y dicha cámara (106, 206) de craqueo, y adaptada para suministrar el flujo de líquido inerte exento de materias sólidas en dicha cámara (106, 206) de craqueo por medio de los segundos medios (132, 232) de calentamiento.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado por que comprende, coronando al menos una abertura (138, 238) de dicha cámara (106, 206) de craqueo, un elemento (139, 239) de centrifugación de una espuma, denominada espuma de craqueo, formada por craqueo catalítico de al menos un compuesto hidrocarbonado del material sólido en estado dividido, adaptado para separar una fase gaseosa que contiene el producto energético y una composición mixta sólido/líquido formada de una dispersión de materias sólidas procedentes del craqueo en el líquido inerte.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que está provisto de un dispositivo de condensación de dichos hidrocarburos de cadenas cortas en estado gaseoso y su conversión en producto energético líquido.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por que comprende una prensa de compresión de basuras domésticas a una presión al menos igual a 750 bares, y de extrusión del material sólido hidrocarbonado.
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