MX2011004135A - Aparato y proceso para descomposicion termica de cualquier tipo de material organico. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato de conversión de baja temperatura compuesto de tritubos, los cuales llevan a cabo simultáneamente las funciones de un contenedor y un intercambiador de calor. Este aparato es capaz de descomponer térmicamente cualquier clase de material orgánico para obtener carbón, petróleo, agua y gases no-condensables y también es capaz de descomponer suelos y residuos contaminados con organocloruros y dioxinas. El aparato es usado para descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico y comprende: una caja exterior (2) con una tapa hermética (19), una capa de aislamiento térmico (5) colocada a lo largo de superficie interior de la caja exterior (2) y la tapa. El aparato también comprende, por lo menos, una estructura con tritubos concéntricos dispuestos internamente, colocados sustancialmente de forma vertical y con un ancho de pared apropiado para el calentamiento mediante gases que provienen a partir del lado interior y el lado exterior de la estructura. La invención también se refiere a un proceso para la descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico usando el aparato de la presente invención y comprende las etapas de alimentación del material orgánico dentro del aparato, calentamiento con gases obre la parte interior y exterior de una región anular ubicada en los tubos concéntricos dentro del aparato, procesamiento con extracción y condensación de petróleo, enfriamiento con gases e inclinación del aparato.

Description

APARATO Y PROCESO PARA DESCOMPOSICION TERMICA DE CUALQUIER TIPO DE MATERIAL ORGANICO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un aparato para descomposición térmica (disociación) de cualquier clase de material orgánico (biomasas, sedimentos, ; posos orgánicos, masas, salvados, vinaza seca, abonos,; excrementos de animales, neumáticos inservibles, polímeros en general, esfagno, etc.) para obtener productos comerciales tales como petróleo (con fracciones de grasa, diesel, aromáticos, limoneno, alquitrán, etc.) y carbón (del vegetal), lignita, bituminosa, negro de carbón de tipo NFR, etc.) . El aparato de esta invención también permite la destrucción de productos y tierras o suelos contaminadas con petróleo, hidrocarburos organoclorinatados y dioxina.

Antecedentes de la Invención La patente japonesa JP 56115386, de fecha 1981, describe un aparato para carbonizar neumáticos viejos para generar calor. Esto es llevado a cabo mediante la quema de gas generado para obtener carbón sin preocuparse sobre la recuperación del negro de carbón contenido en la materia prima. En otras palabras, este aparato no permite el uso de productos de reacción, los cuales son carbón, negro de carbón recuperado obtenido cuando la materia prima es neumáticos y REF.:219582 petróleo. En la patente japonesa JP56115386, la llanta es calentada por contacto directo del gas de combustión con el material a ser procesado, pasando por los agujeros 5. De hecho, el aparato descrito en la patente japonesa es un simple generador de gas con tres recipientes concéntricos.

La presente solicitud de patente describe un aparato que permite el uso de productos de reacción, los cuales son carbón (negro de carbón recuperado y obtenido cuando la materia prima consiste de llantas) y petróleo. Los conceptos de construcción de la patente japonesa JP 56115386 y de la presente solicitud de patente son totalmente diferentes. El calentamiento de las llantas (o de cualquier otra materia prima) en la presente invención se realiza indirectamente mediante la tecnología de tres tubos o cámaras (tres tubos o cámaras concéntricas) . La materia prima es colocada en el espacio entre el tubo o cámara intermedia del tritubo y el tubo o cámara exterior del tritubo y el gas ; calentado pasa a través del área entre el tubo o cámara intermedia del tritubo y el tubo interior del tritubo y también a través de la región exterior del tritubo. La presente invención es un aparato hermético, el cual reproduce condiciones de formación geológica de carbón, petróleo y gases en el subsuelo (según Ernest Bayer) , sus fracciones, cargas y descargas aerodinámicas, bajo consumo de energía, costos de inversión, operaciones y procesos de cualquier clase de material orgánico incluyendo todas las llantas.

La patente británica GB 362.522, de fecha 1931, describe una máquina que es operada mediante un régimen de lotes para "carbonización a temperatura ! promedio" en el intervalo de 590°C a 700°C. Sobre los 500°C, los procesos son pirolíticos (gasificaciones) y por debajo de 500°C, son conversiones de temperatura baja (craqueo + síntesis) . Obsérvese que el intervalo de operación usual de la presente invención es entre 380°C y 420°C. También obsérvese que por debajo de 380 °C, la reacción es muy lenta y no económicamente viable y por encima de 420 °C, empieza la descomposición térmica de la mayoría del petróleo generado por el proceso. Aún en relación con la patente británica, es importante notar que una vez que la reacción concluye, existe una mayor dificultad en descargar el coque producido, ya que éste se adhiere a las paredes del reactor. Las siguientes dos medidas están diseñadas para superar este problema: , a) El volumen de la cámara de coqueo es incrementado mediante el movimiento de las paredes huecas 2, las cuales son articuladas en uno de sus extremos (Figura 1.1). El producto es colocado entre pares de tablas y el calentamiento es llevado a cabo en el espacio entre los pares de tablas. b) La máquina tiene un dispositivo para empujar el coque, el cual es agregado cuando las paredes huecas son movidas y, al mismo tiempo, las puertas articuladas en la parte más baja de la cámara de coqueo son abiertas para permitir la descarga del coque.

La presente invención soluciona el problema de la descarga del carbón de una manera simple y diferente. Una vez que la reacción concluye, la tapa de cierre del reactor, el cual es montado sobre un carro en rieles, se desplaza liberando al reactor. Todo el equipo es inclinado alrededor de su eje horizontal (el cual pasa a través de su centro de gravedad del aparato) describiendo un ángulo de alrededor de 180 grados. La boca de alimentación del tritubo, que en las etapas de alimentación y de reacción, se muestra hacia arriba, en la descarga, se muestra hacia abajo y se convierte en una boca de descarga. Entonces, \ las principales diferencias entre esta patente y la presente invención son: 1) La patente GB 362,522 tiene una carga superior y una descarga inferior. La presente invención tiene simplemente una tapa inclinada superior para la descarga, de máxima hermeticidad posible. 2) La patente GB 362,552 no es hermética. La presente invención sí es hermética. 3) La patente GB 362,522 solo aplica a la producción de coque a partir del mineral de carbón. La presente invención aplica a varias materias primas, las cuales producen diferente tipos de petróleo y carbón. 4) La máquina de la patente GB 362.522 es para una carga y descarga secuencial (casi continúa) . La presente patente realiza esto mediante lotes.

La patente japonesa JP 10279950, de fecha 1998, describe un equipo para carbonizar llantas viejas, vinilos de desecho, virutas de madera, etc. El equipo tiene una construcción vertical y comprende un horno exterior y un horno interior concéntrico al anterior. El horno interior tiene una protrusión superior en relación con el horno exterior. Los conceptos de construcción de la patente japonesa JP 10279950 y de la presente invención son totalmente diferentes. El problema de alimentación de la materia prima y de la descarga de productos en la patente japonesa es solucionado mediante botes introducidos vía la pestaña o el borde superior, la cual es instalada sobre la parte saliente del tubo interior. En la presente invención, no hay ningún bote y la descarga se realiza mediante inclinación. El bote de la patente JP10279950 está dividido en tres partes: Bl inferior, B2 intermedio y B3 superior. La parte inferior está cerrada para prevenir la salida de carbón y las partes superior e intermedia tienen agujeros, los cuales permiten que el producto sea descargado.

En la presente invención, el problema de descarga del producto es solucionado por el sistema de inclinación del equipo. Una vez que la reacción concluye, la tapa de cierre del reactor, el cual es montado sobre un carro en rieles, se desplaza liberando el reactor, todo el equipo es inclinado alrededor de su eje horizontal (el cual pasa a través del centro de gravedad del aparato) describiendo un ángulo de alrededor de 180 grados. La boca de alimentación del tritubo, el cual en las etapas de alimentación y de reacción, se muestra hacia arriba, en la descarga, se muestra hacia abajo y se convierte en una boca de descarga. Un problema mayor del equipo de la patente japonesa consiste en tener un solo tubo, el cual si es aplicado a las cantidades industriales, implica diámetros grandes. El material carbonizado en la pared exterior del tubo interior actúa como aislamiento térmico para el material situado en la parte central requiriendo varias horas e incluso días para finalizar el proceso. Entonces, el aparato resulta de poco uso para cualquier aplicación industrial. El aparato de la presente invención, además de sus muchas características adicionales, solucionó el tema de tiempo de procesamiento mediante los tritubos con calentamiento externo e interno de la materia prima situada en la parte anular, lo que resulta en un ancho pequeño de material y tiempos de procesamiento de alrededor de 3 horas, lo que permite lograr capacidad industrial'. Debería notarse que la presente invención también comprende la posibilidad que los gases usados en la reacción puedan estar a diferentes temperaturas en una incorporación alternativa de la invención.

La patente británica GB 330,980, de fecha 1929, describe el equipo para carbonizar mineral de carbón, esfagno, madera, etc. Los conceptos de construcción de la patente británica GB 330,980 y de la presente patente son completamente diferentes, empezando con el principio de operación, el cual es continúo en primer lugar y, en segundo lugar, es mediante lotes. La patente británica GB 330,980 describe un aparato que comprende varios contenedores fijos verticales (retortas) montados de acuerdo . con una simetría toroidal de tipo carrusel. El carrusel retorta es una campana que tiene un perfil anular que forma un túnel, el cual cubre el carrusel retorta. Este túnel es montado sobre rodillos y rieles, tiene movimiento circular periódico y está aislado por un baño de arena. El túnel tiene regiones de carga, de calentamiento y de enfriamiento. Por consiguiente, se establece la operación continúa del equipo. Cada retorta también tiene una parte superior para cargar y una parte inferior para descargar el carbón dentro de un bote y cada juego de tres retortas tiene una tubería fija para el derrame o pérdida de vapores (subproductos) . A través de esta tubería recolectora, se produce un retiro de vapores generados en el proceso, los cuales son transportados una planta de destilación. No existe nada similar en la patente británica que refleje la figura del tritubo, el cual es la principal característica del equipo de la presente invención, su disposición es cilindrica, vertical y tiene elementos y procesos mecánicos completamente diferentes. La falta de hermeticidad y la temperatura del medio de reacción de la patente británica son totalmente diferentes a las de la presente invención.

La patente estadounidense 5,095,040, de fecha 1992, es una patente de proceso que describe el úso de un equipo convencional (trituradores de llantas,1 pantallas de agitación, electromagnetos , tolvas de almacenamiento, hornos giratorios, quemadores, controladores de temperatura, torre de condensación con contenido, tanques de petróleo y chimenea) para el proceso térmico de llantas viejas en un ambiente libre de aire atmosférico pero no libre de aire no-hermético. La secuencia del proceso es como se detalla a continuación: a) destrucción de llantas; b) clasificación de los pedazos delgados que miden entre 1.27 cm (1/2") a 1.9 cm (3/4") y por supuesto, descartar material que contiene metal; c) tampón de silo de materia prima (pedazos pequeños) ; d) carbonización en un horno rotativo en ausencia de aire atmosférico y recuperación del producto sólido (carbón poroso) ; f) condensación de vapores generando aceite y g) quema o eliminación por chimenea de gases no-condensables . En la patente estadounidense, no se menciona ni las características ni las aplicaciones del; producto sólido (carbón poroso) . En la presente invención, el proceso de biomasa que contiene lípidos, proteínas y lignocelulósicos produce carbón y el proceso de llantas produce negro de carbón recuperado (NFR) . Tampoco se citan ni la composición química y ni las aplicaciones del aceite pero más bien se mencionan sus propiedades físicas 41.8 MJ/kg (18.000 BTU/libra) , gravedad específica de 0.90m por punto de -7°C y punto de ebullición de 112 °C (petróleo No. 4) . Los gases no condensables son transportados a la chimenea o son quemados en uno o más quemadores. La etapa principal del proceso es la carbonización de caucho, la cual es llevada a cabo en un horno giratorio que comprende un tubo de acero inoxidable que tiene las siguientes dimensiones: diámetro:, 609mm, longitud= 6.300 mm y ancho del laminado de acero inoxidable= ll.lmm. El tubo presenta aleros o tapabarros izables y arrastre de material y una inclinación en el intervalo de 5 a 10 grados. La boca de alimentación es más alta que la boca de descarga para el desborde del material en el proceso o para dificultar la entrada de aire dentro del horno. La rotación es despacio en el orden de 3 rpm. El tiempo de residencia del material procesado en el horno giratorio es de 7 a 8 minutos que resulta en una producción estimada de 2 a 3 t/h debido al bajo índice de llenado en los hornos giratorios. El horno giratorio es rodeado por una caja aislada térmicamente, en la que hay quemadores instalados y direccionados hacia la parte baja del tubo giratorio. Los sensores de temperatura son instalados en el cuerpo del tubo para mantener la temperatura en las condiciones deseadas que son: entrada del caucho: 480°C a 540°C, región central: 480°C y desborde de carbón: 425°C a 440°C. El humo 34 deja al reactor en el intervalo de temperatura de entre 160°C y 190°C y la torre de condensación opera en el intervalo de 60 CC a 70 °C. El índice de calentamiento estimado es 125°C/min disminuyendo en el índice rápido e inerte de la pirólisis. La patente estadounidense 5,095,040 destaca que el uso de un horno giratorio con paredes lisas, en lugar de sistemas i de correas o transportadores de hélice evita problemas de cierre debido a la característica adhesiva del material procesado. Por lo tanto, la patente estadounidense 5,095,040 no presenta ninguna característica similar en comparación con la presente invención. La presente invención describe un nuevo equipo y, en consecuencia, un nuevo proceso, el cual no es pirólisis, porque está por debajo de 500 °C y en una atmósfera inerte (totalmente libre de 02) , de allí, el nombre de la conversión de baja temperatura. En el proceso usado por la presente invención, ocurre el craqueo y la síntesis permitidos de manera simultánea por el tiempo de residencia de 60 a 90 minutos. Por consiguiente, en una maximización (incremento en la cantidad) y en la calidad mejorada de ; los petróleos. El principal equipo requerido para desarrollar el proceso descrito en la patente estadounidense es un horno giratorio convencional, el cual es una máquina que tiene características de construcción totalmente diferentes al reactor de tipo intercambio de calor con vigas de tritubos definidas en la presente invención. Las operaciones del horno giratorio son continúas y el reactor de la presente invención es mediante lotes .

JP-A-58013693 describe los equipos y aparatos de un pirolizador de llanta formado por tres tubos concéntricos que reciben el gas de calentamiento de la quemazón de combustibles gaseosos en un horno localizado en el fondo del equipo. En este dispositivo, el flujo de gas de calentamiento primero entra hacia arriba en el primer tubo. En este paso, sucede parte de la transferencia de calor. Al menos, el flujo de gas de calentamiento pasa hacia arriba entre el tubo exterior y el aislamiento termal en donde se produce el residuo del intercambio de calor. Los vapores y los gases se extraen a través de la tubería 17 que se va ; a condensar en la torre 31. En este documento, no se menciona cómo se descarga el carbón. Sin embargo, la tecnología descrita en este documento de la técnica previa (JP-A-58013693) no es capaz de realizar la ciclación térmica (los pasos de calentamiento, conversión y enfriamiento) que permite la producción de 3 a 4 lotes por día.

O2005/121278 se refiere a un proceso que describe los equipos y aparatos de un despolimerizador de llanatas usadas que está caracterizado por un recipiente aislado térmicamente en donde la llanta alimentada dentro del mismo se somete al proceso de pirólisis a través del contacto; directo entre el gas de combustión de calentamiento y el medio de calentamiento mediante inclinación. El reactor descrito transfiere calor directamente al medio de reacción en un proceso oxidativo, y no es capaz de transferir indirectamente calor a la llanta en un proceso de reducción.

GB 233,335 describe los equipos y aparatos para la carbonización y destilación de madera que se caracteriza por ser un pirolizador de madera de retorta. El pirolizador tiene una caja de metal aislada térmicamente y soportada por dos rodamientos que tienen un recipiente adicional dentro de los mismos, en donde se localiza la madera. Los medios de calentamiento de este equipo son el gas de combustión y el gas de pirólisis, el cual regresa en el proceso (retorta) transfiriendo calor directamente a la madera a través de los agujeros existentes en el interior del recipiente. No se generan vapores ni aceites en el proceso. !El carbón formado se descarga mediante inclinación de la caja ¡de metal aislada.

Objetivos de la Invención Es objetivo de la presente de invención proporcionar un aparato con una geometría de múltiples tubos trío (tubo trios) que tienen paredes delgadas denominadas tritubos, las cuales realizan simultáneamente las funciones de reactor químico e intercambiador de calor.

Es un objetivo de la presente invención mantener la atmósfera de la región anular del tritubo , libre de oxígeno para evitar así la oxidación de las materias primas y los productos durante la reacción química.

Es otro objetivo del aparato de la presente invención tener paredes externas térmicamente aisladas para disminuir el consumo de la energía de calentamiento , térmico para una reacción química.

Es un objetivo de la presente invención cargar las materias primas y descargar los productos sólidos rápidamente. ; Es otro objetivo del aparato de la presente invención convertir las materias primas que contienen lípidos y proteínas (de forma conjunta o separada) en petróleo, carbón y gases no - condensables.

Es otro objetivo del aparato de la presente invención convertir las materias primas lignocelulósicas en petróleos (alquitrán), carbón, agua y gases no-condensables.

Es otro objetivo del aparato de la presente invención convertir llantas y caucho en general en aceite (que contiene fracciones de limoneno y aromáticos), negro de carbón recuperado (que contiene negro de carbón original) y cenizas (compuestos de zinc y azufre, silicio, aluminio, hierro, titanio, potasio, etc.) usados en la fabricación de cauchos y gases no-condensables.

Es otro objetivo del aparato de la presente invención convertir plásticos y polímeros en general en sus monómeros (eteno, propeno, estireno, etc.), carbón, cenizas (compuestos de zinc y azufre, silicio, aluminio, hierro, titanio, potasio, etc.) y gases no-condensables mediante el enfriamiento en freón o temperaturas criogénicas.

Es otro objetivo del aparato de la presente invención tratar tierras o suelos contaminados u otros materiales con organocloruros , dioxinas y furanos (PCB, HCB, PCDD y PCDF) a fin de obtener material descontaminado.

Es otro objetivo del aparato de la presente invención obtener ductos separados más puros mediante la condensación de fracciones o incluso resultados más puros que lo usual a fin de permitir el uso de productos resultantes que difieren de aquéllos enumerados en el campo de la energía.

Breve Descripción de la Invención La presente invención se refiere a un reactor CBT, el cual permite la realización simultánea de las funciones de un contenedor y un intercambiador de calor y sus reacciones químicas e intercambios térmicos. El reactor está constituido por disposiciones cuadradas (o cualqúier otra forma geométrica) de tres tubos concéntricos en las configuraciones de tritubos hasta una cantidad de tritubosl que es técnica y económicamente viable. En otras palabras, el factor definición para la cantidad de tritubos es un análisis técnico y económico del proyecto a implementarse .

Los tubos trío de la presente invención, denominados tritubos, estás colocados de forma vertical con carga de materia prima mediante tolvas a través de la parte superior y descarga de los productos sólidos mediante la inclinación del reactor. En la disposición del tritubo, el gas de calentamiento para el calentamiento ingresa de forma simultánea por la pared externa del tritubo por la región entre el tubo interior y el tubo intermediario del tritubo y se retira por el tubo interior más pequeño denominado bayoneta. Esta disposición permite la diferencia de temperatura ?? entre la afluencia y el efluente o desborde de los gases de calentamiento para el calentamiento en un régimen de proceso para ser solo AT=415-400=15°C confiriendo la característica de reactor isotérmico. De preferencia, los tubos están hechos de acero inoxidable 310. Se pueden usar otros aceros que sean resistentes a las temperaturas promedio (380°C a 450°C) .

El régimen total del flujo del Reactor CBT (incluyendo todas las etapas del proceso - desde la carga hasta la descarga) es mediante lotes y dura aproximadamente de 6 a 8 horas dependiendo de la materia prima. La etapa de los lotes es la siguiente: calentamiento, procesamiento con extracción y condensación del aceite, enfriamiento, inclinación y procesamiento de carbón. En cada lote, se mantiene al reactor hermético, libre de oxígeno, usando N2 o ; C02 como gas de arrastre. La materia prima es secada en un secador externo a un mínimo aproximado de 95% de la materia secada.

Las fases del proceso son las siguientes: la fase sólida de la reacción que ocurre en la región anular entre el tubo exterior y el tubo intermedio, tiene catalizadores inorgánicos que son parte de la misma materia prima (Si02, Al203, Fe03, Ti02, K20, Zn, etc.) La fase de los vapores (vapores de alquitrán, petróleo graso, diesel, aromáticos, limonenos, monómeros de hidrocarbón y agua) y la fase de gases no-condensables (CO, C02, H2, CH4, N2, etc.), los cuales son producidos durante la conversión. Debe notarse que los catalizadores externos pueden ser mezclados con las materias primas durante el secado en los hornos giratorios, lechos de fluidos o turbosecadores . Las fases existentes, fuera del tubo exterior y dentro del tubo intermedio y el tubo interior, comprenden gases de combustión a partir del generador de gas de calentamiento generado externamente para calentar el reactor CBT.

Las condiciones de movimiento de los materiales durante el período de una reacción dentro del reactor CBT son: 1) materia prima - carga superior vía tolvas en 240 segundos, 2) sólidos (materia prima que está siendo convertida) - lecho fijo durante el período de procesamiento de los lotes de 6 a 8 horas, 3) vapores y gases no-condensables - extracción por la región anular del tritubo también durante el periodo de los lotes de 6 - 8 horas, 4) Calentamiento de gas de combustión y enfriamiento de aire - flujo continuo con periodo de residencia de 8 segundos, 5) Descarga de carbón mediante inclinación en aproximadamente 120 segundos. Los vapores y los gases no condensables pueden tener un flujo aguas arriba o aguas abajo (extracción mediante purga de N2) en la región anular. Este último está diseñado para ampliar el contacto con los catalizadores presentes en la masa sólid .

El diámetro de la materia prima usado en el reactor de la presente invención va a partir de partículas sub-milimétricas (masas, posos, lodos o sedimentos, excremento), centimétricas para grandes volúmenes (virutas, plásticos triturados) y briquetas (resto de reforestación agrícola, aserraderos y pastos) y partículas métricas para las llantas de los carros, camiones y tractores que son tratados sin la necesidad de triturarlos. Para las llantas de los camiones, 4 ó 5 tubos de 0 = 1.350 mm, cuyo gran tamaño exige un periodo de procesamiento más amplio. Debe notarse que los tamaños del tritubo pueden variar de acuerdo a : las necesidades específicas. La necesidad más grande es para la llanta de los carros. Los materiales con densidad aparentemente baja son previamente briqueteados en formas cilindricas o toroidales que tienen diámetros similares a aquellos de las llantas de los carros .

El índice de transferencia de calor y masa del reactor CBT constituye un elemento ingenioso significante de la presente invención. La principal fracción de productos involucrada en la reacción es carbón (40 a 60%) , un aislador térmico que dificulta la transferencia del calor para la conversión. La presente invención soluciona este tema mediante los tritubos con calentamiento !que proviene del exterior y del interior de la región anular manteniendo la transmisión de calor más baja que aproximadamente 175 mm, permitiendo así una reacción en el periodo de conversión de aproximadamente 3 horas, esto es 4 a 10 veces más bajas que los hornos convencionales de carbonización. Se logra un buen índice de procesamiento de masa con volúmenes promedio aparentemente específicos de las materias ;primas procesadas (Tabla 1) . Existe una coincidencia afortunada entre el ancho anular óptimo para la transmisión de calor (175 mm) y el ancho de las llantas de vehículos integrales para pasajeros, prescindiendo de la necesidad de operaciones de trituración costosas .

El control de temperatura es excelente debido al calentamiento continuo con gas de combustión del generador de gas de calentamiento y la conductividad de los metales de la viga del tritubo del reactor CBT. El generador de gas de calentamiento puede usar cualquier clase de combustible (bio-masa, petróleo, gas natural o GLP) . El ciclo térmico (las etapas de calentamiento, conversión y enfriamiento) permite la producción de 3 a 4 lotes por día.

La presente invención puede considerarse como un aparato para la descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico que comprende una caja exterior con tapa hermética, una capa de aislación térmica colocada a lo largo de la superficie interior de la caja y tapa de la caja exterior y de la tapa. También comprende por lo menos una estructura con tritubos concéntricos colocados internamente, dispuestos principalmente de forma vertical y con un ancho de pared apropiado para el calentamiento mediante los gases que provienen de la estructura interior y exterior.

La estructura con 3 tubos concéntricos comprende un tubo interior, un tubo intermedio y un tubo exterior y es calentada fuera y dentro de la región anular de los tubos. El espacio entre la pared interior del tubo exterior y la pared exterior del tubo intermedio mide aproximadamente 175 mm. La estructura con tritubos concéntricos tiene principalmente paredes delgadas, cuyo ancho varia de 2 a 5 mm, de preferencia 3 mm y una longitud principalmente igual a aquélla del aparato. ¡ El flujo de calor para el calentamiento transferido por conducción a los tres tubos concéntricos ocurre simultáneamente desde la parte interior del tubo intermedio hasta el centro de la región anular de los 3 tubos concéntricos y desde la parte exterior del tubo exterior hasta el centro de la región anular de los tres tubos concéntricos. Los gases usados para el calentamiento no tienen contacto físico con el material a ser descompuesto. El calentamiento por gases de calentamientos en un régimen de procesos permite la diferencia en temperatura entre la afluencia y el flujo (desborde) de los gases de aproximadamente 15 °C.

Obsérvese que el aparato es un reactor de operación por lotes.

El material usado en la caja exterior es, de preferencia, acero al carbono.

El material usado en los tubos concéntricos es, de preferencia, acero inoxidable 310. Se puede emplear otros materiales que son resistentes a temperaturas promedio de entre 380 °C y 420 °C. El material usado ,dentro de la caja exterior y la tapa es, de preferencia, una capa refractaria para aislamiento térmico de la estructura exterior y el Viton™ o silicio sella la tapa del aparato.

El aparato de la presente invención comprende dispositivos compresores de aire y sopladores para proporcionar N2 o C02 a fin de purgar vapores y gases no condensables como también comprende una alimentación de gas de calentamiento y un ensamblaje de' efluentes. La alimentación de gas de calentamiento y el ensamblaje de efluentes comprenden un acoplamiento de afluencia de gas de calentamiento, una cámara impelente de distribución o pleno de afluencia de gas de calentamiento, un espejo inferior para la homogenización del flujo de gas de calentamiento, un espejo intermedio, un ducto de captura de gas de calentamiento, una cámara impelente de distribución o pleno de efluente de gas de calentamiento y un acoplamiento de efluente de gas de calentamiento.

El aparato de la presente invención, de preferencia, también comprende 2 circuitos de enfriamiento. El primer circuito de enfriamiento comprende la misma tubería de calentamiento y está implementado por insuflación, mediante un ventilador y por el efluente de gas . de calentamiento dentro de la chimenea. En un segundo circuito de enfriamiento, el enfriamiento interno se' da mediante la circulación de gas inerte (N2 o C02) directamente sobre el carbón en la parte anular de los tubos. El segundo circuito de enfriamiento comprende un canal de purga, un efluente de vapores y de gases no condensables y la| recirculación de gases neutrales en un intercambiador de calor por blower Roots™.

La presente invención también comprende un proceso para la descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico usando el aparato previamente descrito y comprende las etapas de alimentación de material orgánico dentro del aparato, calentamiento con gases afuera y dentro de una región anular ubicada en los tubos concéntricos dentro del aparato, procesamiento en la región ubicada en los tubos concéntricos dentro del aparato, procesamiento con extracción y condensación de petróleo, enfriamiento de gases e inclinación del aparato.

Este proceso también comprende una etapa de conversión que mantiene una diferencia en temperatura entre la afluencia y el efluente de los gases de calentamiento para el calentamiento en un régimen de proceso de aproximadamente 15 °C. El calentamiento para la conversión del material de reacción es llevado a cabo por aproximadamente 3 horas, de preferencia, 165 minutos. El calentamiento es realizado fuera del tubo exterior y dentro del tubo intermedio y del tubo interno. El enfriamiento para descargar el material de reacción es llevado a cabo por aproximadamente 2 horas.

En el proceso, N2 es bombeado dentro del aparato para expulsar el oxígeno. El calentamiento de la reacción es ejecutado mediante la alimentación de gas; de calentamiento simultáneamente a todos los tubos.

El proceso también comprende las etapas de extracción y condensación de vapores y gases no condensables generados en la conversión.

El reactor CBT emplea generalmente cuatro materiales principales en su fabricación: a) acero al carbón en la estructura exterior del reactor que opera a temperatura ambiente, b) acero inoxidable 310 u otro acero refractario similar indicado para la temperatura de trabajo de entre 380°C y 420°C, c) una cubierta refractaria que aisla térmicamente la estructura exterior del intercambiador de calor del reactor per se de la temperatura: interior y d) el Vitón™ o el silicio sella la tapa del reactor. Las resistencias mecánicas de los materiales existentes en el mercado (rodamientos, etc.) permite la ffabricación de un reactor CBT con hasta 64 tritubos (tabla 2) ., Las operaciones exteriores principales del proceso del reactor son: a) secado de las materias primas en los secadores giratorios, lechos de fluidos o turbosecadores , b) alimentación, c) generación de gas de calentamiento en superficies usando cualquier clase de , combustible, d) extracción y condensación fraccionada o no de los vapores y gases no-condensables generados en la conversión e intercambio térmico llevado a cabo mediante la torre y bomba de enfriamiento de agua, intercambiadores de calor de condensación de los vapores y agua de lavado de gas, f) suministro de N2 o CO2, g) descarga y procesamiento de carbón.

Para condensar los monómeros generados en la conversión de los polímeros (eteno, propeno, etc.):, las torres de enfriamiento de agua son sustituidas por freón o refrigeración criogénica.

Las tolvas de alimentación son cajas cuadradas o redondas que tienen válvulas bipartitas o de mariposa para cada tritubo. Después de ser cargadas, las tolvas son elevadas mediante una grúa aérea, colocadas en la parte superior del reactor y descargadas. Para reactores más grandes, las tolvas son divididas en mitad o en cuartos a fin de respetar las dimensiones reguladoras de las autopistas y también para permitir la carga de materias primas en sus puntos de generación.

El procesamiento de carbón puede ser simplificado o completo. El procesamiento es simplificado cuando se destina para combustibles en grandes cantidades. Es completo en el caso de negro de carbón recuperado (NFR) obtenido a partir de la conversión de llantas, las cuales tienen en primer lugar, un tipo de etapa de malla de acero seguida de molienda y clasificación en partículas más pequeñas que 20 µp?, 7 µp? ó 1 µp? .

Aunque el CBT destruye organocloruros y dioxinas por la hermeticidad del proceso y ruptura de las cadenas heterogéneas (C-O, C-H, C-CI, C-N, CI-O, etc.), el aparato de la presente invención permite la destrucción total de las dioxinas mediante la instalación del lecho de sal fundido (850°C) en el efluente de los gases no condensables para casos en los que la materia prima : contiene estos contaminantes .

En el uso de una incorporación del reactor de la presente invención, ocurren las siguientes etapas básicas: secado de la materia prima externa, alimentación simultánea de todos los tritubos mediante tolvas que tienen válvulas de mariposa bipartitas para cada tritubo, calentamiento del reactor mediante el generador de gas de calentamiento usando cualquier clase de combustible, enfriamiento del reactor usando el mismo sistema de succión de aire de calentamiento (la superficie es encendida) para admitir el aire frío y extracción y condensación fraccionada o no; de los vapores y gases no-condensables generados en la conversión, el enfriamiento del intercambiador de calor usado en la condensación de vapores y del intercambiador de calor de la lavadora de gas mediante el freón o la torre de enfriamiento criogénico para monómeros generados por los ¡ polímeros .

La presente invención emplea compresores de aire compreso en sus instrumentos y sopladores para el suministro de N2 ó C02 a fin de purgar los vapores y gases no-condensables. El procesamiento puede ser simplificado (despacho o embalaje) o completo (molienda y clasificación del carbón) . Obsérvese que el negro de carbón recuperado (NFR) es producido a partir del procesamiento usado en las llantas. El sellado puede ser totalmente realizado mediante la tapa del reactor o de forma individual en cada tritubo. La descarga es llevada a cabo mediante inclinación. Hay una baja generación de gases no-condensables en el procesamiento del reactor de la presente invención. La recuperación de calor de los gases no-condensables como el combustible a partir de la superficie ocurre cuando los gases no contienen potencialmente compuestos tóxicos. La eliminación total de dioxinas y organocloruros es lograda por el paso de gases no-condensables a través del lecho de sales fundido.

Para una mejor comprensión del tipo de material a ser empleado en el aparato de la presente invención, las materias primas son clasificadas de la siguiente forma: I a: Biomasa limpia: Madera, residuos de reforestación y cenizas (carbón y alquitrán de tipo vegetal) ; I b: Biomasa limpia con contaminación de potasio: residuos : agrícolas , pastos, bagazo y paja de caña (carbón y alquitrán vegetables); II: masas, salvados, residuos de granos, grasas secas, comida de carne, comida de huesos, comida de sangre, etc. (Combustibles grasos y carbón), III: excrementos (pollo, cerdo y estiércol de ganado) , dependiendo del contenido de la tierra, esta clase se convierte Clase II o Clase IV (combustibles \ grasos y carbón); IV: sedimentos o lodo de tareas domésticas y de Plantas de Tratamiento de Aguas Industriales (combustibles grasos y carbón) ; V: llantas, caucho (limoneno de combustible /negro de carbón aromático y recuperado - NFR) ; VI : plásticos y polímeros (monómeros y carbón); Especial: destrucción dé organocloruros y dioxinas (PCB, HCB, PCDD y PCDF) contenidos en los residuos y suelos contaminados (monómeros, cenizas y carbón) .

Tabla 1- Masas aparentes con promedios específicos de varias materias primas se convierte en Clase II o Clase IV.

IV Sedimentos o lodo 550 provenientes de las tareas domésticas y de las plantas de tratamiento de aguas industriales V Llantas, caucho 560 VI Plásticos y 330 polímeros Especial Suelos contaminados 1.600 Tabla 2- Pesos de varias disposiciones de reactor Breve Descripción de las Figuras La Figura 1.1 ilustra una vista frontal del reactor CBT con un tritubo, el cual es objeto de la presente invención.

La Figura 1.2 ilustra el reactor CBT con un tritubo, el cual es objeto de la presente invención en corte horizontal A-A.

La Figura 1.3 ilustra el reactor CBT con un tritubo, el cual es objeto de la presente invención en corte vertical B-B.

La Figura 1.4 ilustra el reactor CBT con un tritubo, el cual objeto de la presente invención en vista en perspectiva.

La Figura 2.1 ilustra una vista frontal del reactor CBT con 32 tritubos, el cual es objeto de la presente invención.

La Figura 2.2 ilustra el reactor CBT con 32 tritubos, el cual es objeto de la presente invención, en corte horizontal A-A.

La Figura 2.3 ilustra el reactor CBT con 32 tritubos, el cual es objeto de la presente invención, en corte vertical B-B.

La Figura 3 ilustra un ejemplo de diseño tradicional de las instalaciones de un reactor CBT, el cual es objeto de la presente invención.

La Figura 4 ilustra una curva de calentamiento y de enf iamiento del reactor CBT y el índice acumulado de la reacción de la materia contenida en el reactor de la presente invención .

La Figura 5 ilustra los flujos de calor mediante unidad de longitud transferido por conducción al tritubo y sus respectivas ecuaciones.

La Figura 6 ilustra la variación del flujo de calor transferido por conducción por el carbón formado y del índice de calentamiento en relación con el ancho anular del tritubo.

Descripción Detallada de la Invención Las figuras 1.1 a 1.4 y 2.1 a 2.3 ilustran los reactores CBT de la presente invención con 1 tritubo y 32 tritubos, respectivamente, los cuales usan el mismo concepto diferenciándose entre ellos únicamente por el tamaño. Las partes 1 a 5 comprenden la estructura de soporte 1, la caja externa 2, el eje de inclinación 3, el reductor-motor 4 y el aislamiento térmico del reactor 5. Las partes 7 a 10 forman la disposición de tritubo, el cual comprende un tubo interno 7 , un tubo intermedio 8 , un tubo externo 9 y un tubo de purga 10. EL tritubo constituye el principal objeto de la presente invención y es la parte 8 de los conceptos . denominados : cama fija del reactor, intercambiador de calor,; cama de arrastre de gas inerte, tamaño de viabilización por medio del flujo de conducción térmica causado por el carbón formado durante el proceso (aislamiento térmico) , enfriamiento con gas neutral (N2 o C02) directamente para superar el aislamiento térmico del carbón formado, coincidencia de tamaño del elemento anterior con el tamaño de llantas de carro para pasajeros, ocupación usada de aproximadamente 1/3 del volumen total del reactor y baja impedancia en la fluido-diriámica del gas de calentamiento y la salida de enfriamiento del tritubo.

Las partes 11 a 17, comprenden el acoplamiento de entrada de gas 11, entrada de gas de calentamiento impelente 12, deflector inferior 13 (homogenizador de flujo de gas de calentamiento) , deflector intermedio 14, ducto de captura de gas de calentamiento 15, salida de gas de calentamiento impelente 16 y acoplamiento de salida de gas de calentamiento 17. Las partes muestran el ensamble alimentador y la salida de gas de calentamiento generado por el horno. La parte 18 muestra el deflector superior el cual soporta la carga de los tritubos en operación (posición vertical) y durante la inclinación asistida por la parte 13 (deflector inferior) 14 (deflector intermedio) , 16 (entrada y salida de gas de calentamiento impelente) con una pérdida térmica reducida para la estructura de salida debido al uso de acero inoxidable y aislamiento térmico. Parte 19 (Figuras 1.1 y 2.1) muestran la tapa del reactor, la cual está cerrada por medio de un cilindro hidráulico. La tapa 19 se encuentra sellada por medio de piezas de caucho duro y blando que están dispuestos alrededor de ésta. La parte 25 muestra la salida de vapor y gases instalada en la tapa 19, la cual está conectada al tubo de Venturi 55 (Figura 3) por el acoplamiento 27 dirigido por los cilindros hidráulicos 28. La parte 29 muestra el movimiento de carreta de la tapa con un sistema de cierre y movimientos rotacionales en rieles. La parte 37 es una posible sustitución de 4 a 5 tritubos, los cuales pueden recibir llantas de carros de pasajeros por un tritubo que puede recibir también llantas de camión (figura 2.2) . El índice de las llantas de carro de pasajero con el de las llantas de camión es de 20/1 y éste es suficiente para instalar un solo tritubo en cada reactor para procesar las llantas de camión. La distancia entre el tubo externo 9 y el tubo intermediario 8, del tritubo para las llantas de camión, se aleja de la distancia de eficiencia de transferencia de calor, este problema es compensado por el ; incremento en el tiempo de reacción (dos lotes consecutivos) mediante el bloqueo de su descarga luego de la primera reacción. El bloqueo es llevado a cabo mediante el cierre del dispositivo que puede ser o no montado sobre el aparato en sí mismo.

La Figura 2.1 muestra un reactor CBT con 32 tritubos, el cual tiene una sección circular y puede también estar constituido con una sección cuadrangular . En este caso, el reactor puede tener 4 tritubos más que en la versión previa. Se puede notar que los tritubos de la presente invención pueden tener una sección de cualquier forma; con la condición de que la distancia efectiva para la transferencia de calor sea mantenida. Esta disposición tiene un gran costo de inversión, pero un costo de operación bajo debido a la gran producción por lote. La práctica industrial; mostrará cuál de las disposiciones es la económicamente más ventajosa.

El reactor CBT con 1 tritubo y el réactor CBT con 32 tritubos también comprenden una tapa general 19 para los tritubos, con anillos de cierre hermético hechos de goma enfriada 23, un cilindro hidráulico 24 con engranaje rotatorio para presionar la tapa contra los anillos soportados en el cuerpo del reactor, un aislamiento térmico 5 (por ejemplo de fibra cerámica) , deflector superior 18 y estructura de soporte 1. Esta misma tapa global es utilizada para recibir a la sección cuadrangular. La principal diferencia es que la estructura es un perfil I en la sección cuadrangular del reactor y tiene un perfil en forma de U en la sección circular del reactor. El reactor CBT puede también operar con la opción de una tapa individual para cada tritubo.

Las partes son las mismas que las que se describieron en las opciones anteriores, siendo la única diferencia su posicionamiento en el reactor. El acoplamiento de salida de vapores y de gases no-condensables de la opción de tapa general comprende las siguientes partes: salida 25 de gases no-condensables y vapores, pestaña 26, unión de expansión 27 y cilindro hidráulico 28. El desacoplamiento de las partes 25 a 28 permite el movimiento de la tapa sobre; la carreta con el fin de liberar la inclinación del reactor; la parte 27 es la unión de expansión y la parte 28 es el cilindro hidráulico el cual repliega el acoplamiento. El ensamblaje de acoplamiento está fijado sobre la tubería de tubo de Venturi 55 (figura 3) de condensación de los vapores y enfriamiento de los gases no-condensables .

Una distribución tradicional de la instalación del Reactor CBT es ilustrada en la figura 3, donde ocurre la alimentación y descarga del objetivo. Una tolva alimentadora de llantas 40 tiene válvulas bipartitas de mariposa para cada tritubo; la tolva está colocada en posición de reposo. La tolva alimentadora 41 de sedimentos contaminados, etc. está en posición de reposo. Una grúa elevada 42 toma las tolvas a partir de las carretas y las eleva desde la posición de reposo a la cima del reactor para proceder con la operación de alimentación; la grúa elevada es también empleada para el montaje y mantenimiento del equipamiento. lia tolva sin carga 43 recibe el carbón desde la inclinación del reactor, de tal forma que ella sigue sobre una cinta transportadora 44 y al rodillo de aglomerador 45, cayendo en la cinta transportadora 46. En el caso de llantas, el acero es clasificado por medio de un electromagneto 47, luego sigue sobre la cinta transportadora 48 al empacador 49. Luego de la cinta transportadora 46, el carbón sigue hacia abajo al caracol 50, el cual lo transfiere a la lata elevadora 51, la cual descarga el carbón en el contenedor 52, cuando éste es usado para propósitos de energía (combustible) . En el caso de llantas tratadas para la obtención de negro de carbón recuperado (NFR) , la lata elevadora 51 descarga el carbón (NFR) en el martillo de molienda 53 y luego al clasificador 54, el cual tiene un saco que libera el producto final clasificado a un contenedor intermedio, flexible a granel o en bolsas de papel. ¡ La salida de vapores y de gases no-condensables 25 guía al tubo de Venturi 55 de condensación al tanque 56, a partir de donde éste es bombeado por la bomba 57 a la torre de condensación 58 por el intercambiador de calor 59. Luego de la condensación, el petróleo pasa a través de una centrifuga agua/OH 60 y luego al tanque 61, el cual tiene una bomba de almacenamiento 62. Los gases no condensables son succionados por el ventilador 63 el cual lo transfiere al dispositivo anti-vaho 64 (clasificador de condensado) yi son transportados al horno 66. En el procesamiento de polímero, los gases no-condensables (monómeros) son condensados por enfriamiento o criogenia. Para reactores CBT dedicados al1 procesamiento de materiales crudos que contienen organocloruros y dioxinas, los gases no-condensables pasan a través ; de quemadores de alta temperatura y lechos de sal fundidos. Los gases no-condensables luego de pasar a través del sello hidráulico 65 son quemados en el horno de alta temperatura 66 con una llama auxiliar de combustible (GLP, GN, Acetileno, etc.) de tal forma que estos gases de combustión pasan a través del lecho de sal fundida 68, donde ocurre la destrucción final de los organocloruros y dioxinas. Cuando el contenido de cloruro en los materiales crudos es bajo, los gases no-condensables son inmediatamente quemados en el horno de biomasa 67. Los gases de combustión a partir de ambos hornos 66, 67 se unen en una tubería de gas de calentamiento del reactor, el cual es succionado por el ventilador de gas de calentamiento 69. El control de la temperatura se hace por medio de una válvula en la tubería de aire caliente.

Hay dos circuitos de enfriamiento. El circuito externo comprende la misma tubería de calentamiento, la cual es transportada por insuflado por medio de un ventilador 70 y por medio de una salida de gas de calentamiento en la chimenea 1. Debido a la baja conductividad térmica del carbón, se necesita de enfriamiento interno1 por medio de gas inerte circulante (N2 o C02) directamente sobre el carbón en la parte anular de los tritubos, con el objetivo de disminuir el periodo de enfriamiento. De acuerdo con esto, se usa un canal de purga y la salida de vapores y gases no-condensables 25, pero los gases neutros en el intercambiador de calor 72 son recirculados por blower Roots™ 73. ¡ Los sedimentos, tortas, excrementos, etc. necesitan ser secados con un máximo de 5% de humedad con el fin de eliminar la oxidación de los aceites. Este secado es¦ llevado a cabo en un dispositivo de secado por medio del uso de cualquier tipo de secador (tambor rotatorio, lecho de fluido o turbosecador) , usando por agotamiento los gases de calentamientos del reactor de calentamiento.

En la presente invención, también pueden actuar otros objetos de equipamiento periférico no ilustrados, lo cual comprende las siguientes unidades: torre de enfriamiento de agua, o freón o enfriamiento criogénico, ; bombas de agua, compresores, tanques de aire comprimido, tanque y calefactor de nitrógeno o C02.

La figura 4 ilustra una curva de calentamiento y enfriamiento del reactor CBT y el índice de conversión acumulado (fracción de material crudo que ' se transforma en carbón, petróleo y gases no-condensables) del material contenido en el reactor. Añadiendo el periodo de carga y descarga, el tiempo total de procesamiento es de aproximadamente de 6 a 8 horas permitiendo de 3 a 4 lotes por día . ; El aparato de la presente invención desempeña una termoquímica que es al menos una conversión isotérmica de cualquier tipo de material orgánico en varios tipos de petróleos, carbones y gases no-condensables, de acuerdo con los insumos usados. Los reactores neo-isotérmicos se encuentran situados en un intervalo de viabilidad cercano al dictado por la diferencia de temperatura ??, entre la temperatura de entrada y de salida de los medios de calentamiento. Cuando el ?? disminuye (tendiendo hacia cero) hay una anulación de la capacidad de los medios de transferencia de calor hacia los insumos que están siendo procesados. El incremento de la capacidad de transferencia de calor, con el objetivo de ampliar la capacidad de procesamiento para obtener viabilidad económica, requiere de un incremento en el ??, que es, un incremento en la temperatura de entrada o una disminución de la temperatura de salida en los medios de calentamiento. El primero (incremento en la temperatura de entrada) se encuentra limitado por la temperatura máxima de descomposición de los aceites (450 °C) y el segundo (disminución en la temperatura de salida) está limitada por la temperatura mínima de termoconversión de los materiales orgánicos (380°C) . La optimización de los procesos tales como la buena capacidad de procesamiento simultáneamente con la buena calidad de los productos (aceites y carbones) depende de la disminución del intervalo de temperatura de ?? = 70°C (Max) a T < 15°G.

La invención ha logrado un periodo de conversión satisfactorio de 3 horas, dictado por el hecho de que los carbones formados durante el proceso son materiales insuflados dificultando la transferencia : de calor con el tiempo de procesamiento. La invención resuelve este hecho mediante la limitación de la distancia de transferencia de calor a aproximadamente 175 mm entre el diámetro máximo externo de f = 600 mm y el mínimo diámetro interno de f = 300 mm, recibiendo ambos calor de los medios de calentamiento. El espacio anular entre los diámetros anteriores es el espacio de carga útil del reactor con material de insumo para ser procesado, lo cual resulta en una sección útil de aproximadamente 33%, que está dado por los siguientes ejemplos típicos pero no limitativos: sección típica del reactor = 5.3 x 5.3 m, # de tritubos = 36; sección útil de carga p/4 (f ext2 - f int2) = p/4 (0.652 - 0.32) = 0.261 m2 : índice de sección útil 36 x 0.261 / 5.3 x 5.3 = 0.33 = 33%. El mismo periodo para el calentamiento del reactor cargado es también usado para enfriar la carga a menos de 100°C antes de abrir con el fin de evitar la combustión estpontánea de los carbones.

Transferencia de calor en los! tritubos Obsérvese que el flujo de calor, transferido por conducción al tritubo, ocurre de forma simultánea por dos medios denominados: a) desde adentro del tubo intermedio al centro de la región anular del tritubo; b); desde afuera del tubo externo al centro de la región anular del tritubo. La figura 5 presenta los dos flujos de transferencia de calor por conducción hacia el tritubo y sus respectivas ecuaciones, en donde ?? = T5 y T3 son las temperaturas en las regiones caliente y fría respectivamente; Rlf R2, R3, R4 y R5 es el radio de la sección recta del tritubo y un ancho de la región anular del tritubo; S es el área anular del tritubo: KAi y Kv las conductividades térmicas del acero inoxidable 310S y el carbón formado durante la conversión de baja temperatura.

El flujo de calor por conducción es : absorbido por el índice de calor de calentamiento del el tritubo con un material de insumo, la ecuación sería tal como sigue: Q = [(mAICpA1) + (mcCpc)](T1 -†3) Q = [(p^LCp + (PcSCpU T, - T3 ) ° = ??|0??|(t,-T3)[ (R - R2) + n(R§ -R^J+ pCp^ -T3)2neR3 calentamiento de material de insumo en aceite y carbón es de: donde Q es el calor requerido para convertir el material de insumo, L es la longitud 'del tritubo, t es el tiempo de calentamiento, PA? la densidad del acero inoxidable 310S, CPAi es el calor especifico del acero inoxidable, p es la densidad y Cp el calor 1 específico, donde los últimos dos son valores promedio, más cercanos al carbón formado que al material de insumo inicial .

Se notará que tanto el flujo de calor por conducción como el índice de calor de calentamiento varían en relación con el ancho anular del tritubo. Este estudio analiza el comportamiento en ambos casos basados en el ancho anular.

Ajuste de las ecuaciones de transferencia de calor a los datos experimentales Calor transferido por conducción al tritubo.

Temperatura interna del tubo intermedio del tritubo Ti = 420°C. , Temperatura en el diámetro promedio del tritubo T3 = 25°C Temperatura fuera del tubo externo del tritubo T5 = 420°C. ! Promedio de temperatura del tritubo: Tm (420 + 25)/2 = 222.5°C - Conductividad térmica del acero inoxidable 310S a temperatura Tm: KAI 18.69 /m°C , Promedio de la conductividad térmica cercano al carbón formado a la temperatura Tm; Kc = 0.9868 W/m°C (esta figura está en el mismo sentido que la de la conductividad del coque de 0.9519 W/m°C) .

Ancho anular del tritubo: e = 175 rara.

Ancho de la lamina de acero inoxidable 3108; eAi : 3 mm Radio promedio del tritubo: R3 = 230 mm - Radio externo del tubo intermedio1 del tritubo: R2 = e/2 = 230 - 87.5 = 142.5 rara Radio interno del tubo intermedio; del tritubo: Ri = R2 - eAi = 142.5 - 3 = 139.5 mm Radio interno del tubo externo del tritubo: R4 =R3 + e/2 = 230 + 87.5 = 317.5 mm Radio externo del tubo externo del tritubo: Rg = R4 + eAi = 317.5 +3 = 320.5 mm ¡ Flujo de transferencia de calor por el tubo intermedio del tritubo: qi/L - Flujo de transferencia de calor por el tubo externo del tritubo: q2/L Flujo total de transferencia de calor al tritul í Si + ík L L L S- 2*(T,-T3) 2p(?5-?3) r¿w/rn] L ln(R2 / R,) | ln(R, /R¾) ln(R5 / RJ , ln(R / R3) l . J kAI kc kc 2p(420 - 25) 2p(420 - 25) L ~ ln(0, 425 /0 ),,11339955)) llnn((00,,223300 //00,,11442255)) + llnn((00,,33205/0,3175) | ln(0,3175 /0,230) 18,69 I ++ 00,,99886688 18,69 0,9868 2481,86 2481,86 L 1,138 x 10'3 + 0,4851 5,032 x 10'4 + 0,3267 5 = 5.104,21 + 7.584,82 = 12.689,03 W/m = 12,6890 kW/m índice de calor de calentamiento del material de insumo Calor especifico promedio cercano al carbón formado a la temperatura de Tm : Cp : 1.0200 KJ/Kg°C (esta figura está en el mismo sentido que la de la conductividad del coque de 1.0366 KJ/Kg°C) . | - Calor especifico del acero inoxidable 310S a la temperatura Cm : CPAI : 0.46 KJ/ g°C.

Densidad promedio: p = 550 Kg/m3 Densidad del acero inoxidable 310S: PAi 7900 Kg/m3 Tiempo de calentamiento del tritubo entre 25°c y 420°C: t = t: 5400 s. índice de calentamiento necesario . para calentar la masa del material de insumo. — = 2,3049 + 10,3780 = 12,6828 kW/m L x t Análisis de las curvas de transferencia de calor La figura 6 presenta la variación del flujo de calor transferido y el índice de calentamiento: con relación al ancho anular del tritubo manteniendo los otros parámetros constantes. Los siguientes puntos son enfatizados: El conjunto de datos experimentales a partir de los materiales y figuras para la conductividad térmica y calor específico cercano al carbón de coque, resultados en un ancho anual de 175 mm. Este ancho, además, ; de permitir el tratamiento de llantas enteras inútiles de carros de pasajeros, asegura la viabilidad de una productividad económica para el tratamiento de varios materiales (sedimentos, lodos, tortas, salvados, madera, etc) .

La conductividad térmica del acero inoxidable no es un factor determinante y la conductividad del carbón determina la conducción de calor y consecuentemente todas las dimensiones del tritubo y los procesos de conversión de la presente invención.

Obsérvese que el índice de calor del acero inoxidable representa simplemente 18.3% del índice de calentamiento total, esto es, el material de insumo y productos (carbón) son los factores determinantes del mismo.

La razón por la cual la realización del tritubo es igual al de todos los materiales de insumo es que el compartimiento térmico está determinado por las propiedades del carbón y todos los materiales de insumo son convertidos de forma ultimada en un carbón que tiene propiedades similares a aquellas del coque.

El flujo del tubo interno representa el 40% del flujo total y el tubo externo el 60%. Una¦ distribución de cincuenta-cincuenta es imposible debido a que puede resultar en: R3/R2 = R4/R3 .·. R* = R2R4 .·. R¡ = (R3 - e/LXR3 + e/L);= R3 - (e/L)2 .·. e/L = 0.

Si el incremento en el tiempo de conversión con el ancho anular fueran tomados en cuenta, esto podría resultar en una disminución en el índice de calor de calentamiento, para figuras grandes del ancho anular y consecuentemente un cruce en las dos familias de curvas de e :> 175mm. El mayor incremento en el tiempo de calentamiento, debido al comportamiento asintótico de la curva de: flujo de calor, resulta en una menor producción diaria y hace de esta tecnología económicamente inviable. El análisis anterior muestra que el ancho anular de el tritubo de 175mm está alrededor del valor óptimo y está determinado por la conductividad térmica y calor especifico del carbón formado, lo cuales son cercanos a los valores del coque que el material de insumo inicial puede tener.

Otro detalle de la invención es la operación de lote con la carga por medio de la tapa superior, mediante la inclinación por rotación alrededor de su eje, el cual pasa a través de su centro de gravedad. La tapa1 está sellada por anillos en los bordes en forma de O (de Viton™ o silicio) dándole al reactor características herméticas (libres de oxígeno) para prevenir la oxidación del aceite y carbón formados. De acuerdo con esto, la invención maximiza el rendimiento de los productos representando alrededor del 40% al 60%, 10% al 30% de aceite, 10% al 15% de agua y de 10% al 20% de gases no-condensables en relación con el material de insumo inicial . La abertura de la tapa es por medio de una pequeña pestaña neumática y un deslizamiento lateral por medio de una carreta motorizada.

Otro detalle de la invención es su capacidad para procesar varios tipos de insumos y generar diferentes productos, clasificados como: la: Biomasa limpia: madera, residuos forestales y aquellos de tipo vegetal; Ib: Biomasa limpia con contaminación de potasio: residuos agrícolas, céspedes, bagazos y residuos o paja de la caña, también los de tipo vegetal generados carbón y breas: II: panqueques, galletas, residuos de granos, grasas desidratadas, alimentos cárnicos, alimentos sólidos, etc. generando aceites grasos y carbón; III : Excrementos (pollos, cerdos; reses y otros animales) , generando aceites grasos y carbón; dependiendo del contenido de la tierra esta clase puede convertirse en II o en IV; IV: lodos o sedimentos que provienen de hogares y de plantas de tratamiento de aguas industriales generando aceites y carbón; V: llantas, gomas generadas con limón y aceites aromáticos, monómeros y negro de carbón recuperado -NFR, VI: Plásticos y polímeros en general generando los monómeros originales, carbones con ceniza y gases no condensables como el freón o temperatura criogénica y, Clases especiales ; destrucción de organoclururos y dioxinas (PCS, HCS, PCDD y PCDF) contenida en los residuos y suelos contaminados .

La capacidad de uso de varias clases de material de insumo y la obtención de varios tipos de aceites y carbones, asociados a las características de temperatura, tiempo y hermeticidad descritos anteriormente, lo cual asegura varias alternativas económicas nunca antes obtenidas con ningún otro aparato similar. Obsérvese que el nitrógeno o C02 es usado como un gas de arrastre para disminuir el tiempo de performance de los vapores de aceite en el reactor con el fin de evitar la descomposición del mismo.

Hay un amplio intervalo de capacidad de procesamiento con modelos, los cuales son con un tritubo. Por ejemplo, puede haber modelos que tengan 9 tritubos (promedio de 31 t/día) 64 tubos (promedio de 220 t/día) o algunas veces más. Los tamaños pequeños están limitados por los resultados económicos y los mayores tamaños por resistencia física de los materiales que sustentan el total de cargas del aparato (su propio peso + material de insumo) lo cual puede conllevar a obtener menos toneladas en total . El uso de aceros inoxidables con un resistencia especialmente alta en la estructura del aparato y enlaces en las tuberías permitirán la fabricación de reactores con una alta capacidad y con la posibilidad de activación con vapor de 1 hasta 850°C. La longitud útil del aparato de tritubos es variable, y puede ser incrementada dependiendo del uso de los materiales avanzados descritos anteriormente.

La carga del aparato es por medio de tolvas que tienen válvulas de mariposa bipartitas en cada tritubo. Las tolvas son previamente cargadas cerca del CBT o en el sitio, donde se originan los materiales de insumo y transportado al CBT en camiones y alzado por grúas elevadas desde ;el suelo al nivel de la alimentación del reactor. Las tolvas están en posición de reposo y luego de que el reactor fue 1 descargado de la reacción previa, éste retorna a su posición de carga. Luego las tolvas se posicionan sobre el aparato, y las válvulas bipartitas de mariposa son abiertas rápidamente completando la carga (en aproximadamente 4 minutos) . Por ejemplo, las tolvas pueden ser únicas en el caso de aparatos pequeños (1 a 16 tubos) , doble en el caso de aparatos d'e tamaño promedio (25, 36 y 49 tubos) y cuádruple en el caso de aparatos gigantes (64 tubos o más) . La división de las tolvas permite luego tener anchos dentro de los estándares regulatorias de vías (máximo 3.20 m) permitiendo operaciones "junto en el momento" entre la provisión y el procesamiento de biomasa, eliminado la necesidad de grandes depósitos de biomasa y residuos. La modulación de los reactores, subdivisión de las tolvas teniendo anchos dentro de los estándares regulatorios de vías, capacidad de carga sustentada por los materiales estructurales, determinan el tamaño de los aparatos de la presente invención.

El reactor de la presente invención también permite una descarga rápida (aproximadamente 2 minutos) de los productos sólidos por medio de inclinación alrededor de su eje, pasando a través del centro de gravedad del aparato. La descarga es llevada a cabo en una tolva vibratoria, la cual transporta los productos sólidos por los pasos de acabado de acuerdo con las demandas del mercado (rodillos 1 o molinos de desintegración, agitadores, separadores magnéticos, martillos o discos de molienda teniendo clasificadores y empacadores) .

Clave de la patente; Un Aparato para Conversión a Baja Temperatura Elemento Descripción 01 Estructura de soporte del reactor 02 Caja estructural externa 03 Eje de inclinación 04 Reductor del motor del reactor 05 Insuflación térmica 06 Ensamble de tritubos 07 Tubo interno más pequeño del tritubo 08 Tubo intermedio del tritubo 09 Tubo externo del tritubo Tubo de ingreso de gas inerte / purga de aceite 10 pesado del tritubo 11 Acoplamiento de entrada de gas de calentamiento 12 Entrada de gas de calentamiento impelente 13 Deflector inferior 14 Deflector intermedio 15 Ducto de captura de gas de calentamiento 16 Salida de gas de calentamiento impelente 17 Acoplamiento de salida de gas de calentamiento 18 Deflector superior 19 Tapa del reactor 20 Estructura de la tapa 21 Insuflación termal de la tapa 22 Lámina de Cobertura 23 Sello de la tapa' 53 Martillo de molienda 54 Clasificador de carbón negro 55 Tubo de Venturi 56 Tanque de condensación 57 Bomba de recirculación de aceite 58 Torre de condensación 59 Intercambiador de calor 60 Centrifugador agua / aceite 61 Tanque de almacenamiento de aceite 62 Bomba del tanque de almacenamiento de OH 63 Ventilador de gases no-condensables 64 Anti vaho 65 Sello hidráulico 66 Horno 67 Cama de sal fundida 68 Ventilador de gas de calentamiento 69 Ventilador de enfriamiento 70 Chimenea 71 Intercambiador de calor 72 Blower Roots® Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (25)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un aparato para la descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico que comprende: una caja exterior con una tapa hermética una capa de aislamiento térmico dispuesta a lo largo de la superficie interior de la caja exterior y la tapa, caracterizado porque comprende: por lo menos, una estructura con tritubos concéntricos dispuestos internamente, colocados sustancialmente de forma vertical y con un ancho de pared apropiado para el calentamiento mediante gases que provienen a partir del lado interior y exterior de la estructura.

2. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura con tritubos concéntricos comprende un tubo interior, un tubo intermedio y un tubo exterior, el calentamiento es realizado sobre el lado exterior e interior de la región anular de los tubos.

3. Un aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el espacio entre la pared interior del tubo exterior y la pared exterior del tubo ! intermedio es 175 mm .

4. El aparato de conformidad con la [ reivindicación 1, caracterizado porque la estructura con tritubos concéntricos tiene sustancialmente paredes delgadas dentro de un ancho que varía entre 2 y 5 ram, de preferencia, 3 mm y una longitud sustancialmente igual a la del aparato.

5. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el flujo de calor para el calentamiento transferido por conducción a los tres tubos concéntricos ocurre simultáneamente sobre la parte interior del tubo intermedio al centro de la región anular de los tres tubos concéntricos y sobre la parte exterior del, tubo exterior al centro de la región anular de los tres tubos concéntricos, los gases usados para el calentamiento no tienen contacto físico con el material a ser descompuesto.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 ó 5, caracterizado porque proporciona elementos para llevar a cabo el calentamiento por gases de calentamientos en un régimen de proceso que permite la diferencia de temperatura entre la afluencia y el efluente de los gases a ser aproximadamente 15 °C.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque es un reactor de operación mediante lotes .

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material usado en la caja exterior es acero al carbón.

9. El aparato de conformidad con la ¡reivindicación 1, caracterizado porque el material usado en los tubos concéntricos es acero inoxidable 310, siendo posible emplear otros materiales resistentes a temperaturas promedio de entre 380°C y 420°C.

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material usado dentro de la caja exterior y de la tapa es, una capa refractaria para aislamiento térmico de la estructura \ exterior y el Vitón™ o el silicio sella la tapa del aparato.

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dispositivos de compresión de aire y sopladores para suministrar N2 o C02 para purgar vapores y gases no-condensables . ¦

12. El aparato de conformidad con la > reivindicación 1, caracterizado porque comprende una alimentación de gas de calentamiento y un ensamblaje de efluentes.

13. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1 ó 6, caracterizado porque comprende una alimentación de gas de calentamiento y un ensamblaje de efluentes! que comprende un acoplamiento de afluencia de gas de calentamiento, una cámara impelente de distribución o pleno de afluencia de gas de calentamiento, un homogeneizador inferior para homogenización del flujo de gas de calentamiento, un homogeneizador intermedio, un ducto de captura de gas de calentamiento, una cámara impelente de distribución o pleno de efluente de gas de calentamiento y un acoplamiento de efluente de gas de calentamiento.

14. Un aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, dos circuitos de enfriamiento.

15. Un aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque un primer circuito; de enfriamiento comprende la misma tubería de calentamiento y es llevado a cabo por insuflación mediante un ventilador y mediante el efluente de gas de calentamiento dentro de la chimenea.

16. Un aparato de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque un segundo circuito de enfriamiento comprende enfriamiento interno por la circulación de gas inerte (N2 ó C02) directamente sobre el carbón en la parte anular de los tubos .

17. El aparato de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el segundo circuito de enfriamiento comprende un canal de purga, un efluente de vapores y gases no-condensables y la recirculación de gases neutrales en un intercambiador de calor por un calefactor.

18. El proceso para la descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico usando el aparato de conformidad con las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque comprende las etapas de: alimentación de material orgánico dentro del aparato, calentamiento con gases dentro y fuera de una región anular ubicada en los tubos concéntricos dentro del aparato, procesamiento con extracción y condensación de petróleo, enfriamiento del material con gases de enfriamiento con transferencia de calor indirecto; e inclinación del aparato.

19. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende la etapa de introducir gas de calentamiento de manera simultánea por la pared exterior del tritubo por medio de la región entre el tubo interior y el tubo intermedio del tritubo y dejar salir el gas por el tubo interior más pequeño llamado bayoneta, para mantener una diferencia de temperatura entre la afluencia y los efluentes de gases de calentamientos para el calentamiento en un régimen de proceso de 15 °C.

20. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el calentamiento para la conversión del material de reacción es llevado a cabo por 3 horas, o 165 minutos .

21. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el calentamiento es llevado a cabo fuera del tubo exterior y dentro del tubo intermedio y el tubo interior.

22. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la descarga del material de reacción es llevada a cabo por 2 horas.

23. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el N2 es insertado dentro del aparato para expulsar el oxígeno.

24. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el calentamiento es llevado a cabo mediante la alimentación de gas de calentamiento simultáneamente a todos los tubos.

25. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende las etapas, de extracción y condensación de vapores y gases no-condensables generados en la conversión. RESUMEN DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un aparato de conversión de baja temperatura compuesto de tritubos, los cuales llevan a cabo simultáneamente las; funciones de un contenedor y un intercambiador de calor. Este aparato es capaz de descomponer térmicamente cualquier clase de material orgánico para obtener carbón, petróleo, agua y gases no- condensables y también es capaz de descomponer suelos y residuos contaminados con prganocloruros y dioxinas . El aparato es usado para descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico y comprende: una caja exterior (2) con una tapa hermética (19), una capa de aislamiento térmico (5) colocada a lo largo de la superficie interior de la caja exterior (2) y la tapa. El aparato también comprende, por lo menos, una estructura con tritubos concéntricos dispuestos internamente, colocados sustancialmente de forma vertical y con un ancho de pared apropiado para el calentamiento mediante gases que provienen a partir del lado interior y el lado exterior de la estructura. La invención también se refiere a un proceso para la descomposición térmica de cualquier clase de material orgánico usando el' aparato de la presente invención y comprende las etapas de alimentación del material orgánico dentro del aparato, calentamiento con gases sobre la parte interior y exterior de una región anular ubicada en los tubos concéntricos dentro del aparato, procesamiento con extracción y condensación de petróleo, enfriamiento con gases e inclinación del aparato .