doc_pirólisis_grupo_10

Tratamiento Térmico de Residuos Sólidos (Pirolisis)

Universidad Autónoma Gabriel René

Moreno

Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología

Carrera de Ingeniería Petrolera

Tema:

Tratamiento Térmico de Residuos Sólidos

(Pirolisis)

Elaborado por los estudiantes:

Quiroga Mejia Luís Mauricio

Cuizara Quispe Graciela

Dávalos Guerrero Juan Carlos

Pinto Calvimontes Alvaro Daniel

Santa Cruz – Bolivia

Ingeniería Petrolera


Introducción:

Este documento contiene una explicación para poder reducir los residuos sólidos que

cada vez dañan nuestro medio ambiente tomando como alternativa en dicho tema el

proceso de pirólisis donde se priorizan las diferentes acciones para mejorarlos, las

cuales pueden ser preventivas como correctivas.

Objetivos:

1.- El objetivo de las plantas de pirolisis de residuos es la obtención de combustibles.

Los combustibles logrados pueden ser gases o sólidos. La proporción de estos

combustibles puede modificarse en función de los residuos de partida. Esta última

característica aporta una cierta flexibilidad a la pirólisis.

2.- Proponer metodologías donde se pueda mejorar algunos aspectos que contaminan

el medio ambiente como ejemplo la reducción de materiales que contienen cloro y

cobre que forman dioxinas y furanos en condiciones de pirolisis.

Aspectos generales de la Pirolisis

Entre las delimitaciones podemos mencionar:

La pirólisis, un proceso térmico sin oxígeno que convierte a los residuos sólidos en

combustibles gaseosos, líquidos y sólidos. Utilizado a nivel industrial, no estaría

demasiado difundido para el tratamiento de la basura domiciliaria.

El costo para un municipio no supera los 10 dólares por tonelada y la basura es

separada manual y mecánicamente para su reciclaje y tratamiento térmico al

momento de ingresar a la Planta Térmica.

Se precisa de la colaboración entre las propias instalaciones generadoras del

combustible y los potenciales usuarios del carbón pirolítico, generalmente plantas

de cemento.

El grado de contaminación dependerá de la cantidad de residuos tratados, del tipo

de técnica y de cómo se lleve a cabo.



La generación de coque (char) de difícil reutilización. Posibilidad de formación de

productos tóxicos intermedios.

Alcancé de la Pirolisis

El calor requerido para la pirólisis es generado por combustibles tradicionales (gas

natural, petróleo, etc.), o mediante el uso de electricidad para crear plasmas de

altas temperaturas.

Las diversas técnicas de plantas térmicas y pirólisis pueden producir residuos

sólidos o líquidos en varias de sus fases. Muchos gestores opinan que estos

materiales no son residuos que requieran eliminación, sino productos utilizables.

Sin embargo, en muchos casos, tal afirmación sigue sin ser demostrada y cualquier

comparación de las diversas opciones de tratamiento de residuos debería

considerar las emisiones al aire, el agua y la tierra.

El rendimiento económico de esta actividad está relacionado con la reducción del

uso de vertederos para residuos, y el consiguiente ahorro que ello supone.

Otra posibilidad económica tiene que ver con la producción de energía eléctrica,

térmica o de combustibles alternativos a partir del gas o de los aceites pirolíticos.

La pirólisis es una forma de tratamiento termal para reducir el volumen de los

residuos y producir combustibles como subproductos. También ha sido utilizada

para producir un combustible sintético para motores de ciclo diésel a partir de

residuos plásticos.

Muy baja emisión de partículas. Posibilidad de aplicación al tratamiento de suelos

contaminantes. Los gases de síntesis son fáciles de usar en el propio proceso.

Justificación:


http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%A9sel


La aplicación de la pirolisis al tratamiento de residuos ha ganado aceptación en la

industria junto con otras tecnologías avanzadas de tratamiento de residuos pero no los

elimina sino que los transforma en carbón, agua, otros residuos líquidos, partículas

y metales pesados, cenizas tóxicas en algunos casos; vertiendo al aire desde

sustancias relativamente inocuas hasta muy tóxicas y reduciendo así su volumen. Esta

destilación destructiva obviamente imposibilita el reciclado o la reutilización.

La pirolisis se puede utilizar también como una forma de tratamiento termal para

reducir el volumen de los residuos y producir combustibles como subproductos.

También ha sido utilizada para producir un combustible sintético para motores de ciclo

diésel a partir de residuos plásticos.

El proceso de pirólisis, comparado con la combustión y la gasificación, es que un

combustible líquido es más fácil de transportar que un combustible en estado sólido

o gaseoso. Esto significa que la planta de pirólisis no tiene que estar localizada

cerca del punto de destino-uso, sino que puede situarse cerca de la fuente de

materias primas, por lo que los costes de transporte son menos elevados.

La pirólisis en comparación con el proceso de gasificación y la incineración en masa

es la mayor recuperación de metales. Este proceso elimina todos los materiales de

base orgánica a menudo encontrados en los metales –etiquetas, corchos, residuos

de comida, etc. Además, la atmósfera reductora conserva los metales en un estado

no oxidado y se recuperan fácilmente metales de alto valor, como el aluminio.

La pirolisis es que no permite la formación de dioxinas debido a la ausencia de

oxígeno y el uso de temperaturas superiores a 400ºC.

Marco Teórico:

La Pirolisis es la descomposición química de materia orgánica causada por el

calentamiento en ausencia de oxígeno u otros reactivos, excepto posiblemente el

vapor de agua.

La pirólisis extrema, que sólo deja carbono como residuo, se llama carbonización. La

pirólisis es un caso especial de termólisis.

Esta descomposición de la materia orgánicas se da a altas temperaturas (550 ºC –

1000 ºC) y en ausencia de oxígeno.


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Term%C3%B3lisis&action=edit

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbonizaci%C3%B3n&action=edit

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_agua

http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Descomposici%C3%B3n_qu%C3%ADmica&action=edit

http://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%A9sel

http://es.wikipedia.org/wiki/Gesti%C3%B3n_de_residuos


La pirolisis convierte a los residuos sólidos en combustibles gaseosos, líquidos y

sólidos. Esta destilación anaeróbica origina coque, alquitrán, aceites ligeros, gases

inertes combustibles, ácidos orgánicos y alcohol.

División de la pirolisis .-

Debido a la aportación de calor al proceso se divide a la pirólisis en dos grandes

grupos:

Sistemas alotérmicos: En este tipo de sistema la transmisión de calor se lleva a cabo

por conducción y radiación de las paredes, o sea indirecto. La fuente de energía suele

ser la combustión de parte de los gases producidos o bien del propio Coque o Char;

existe algún proceso en el que la aportación de calor se realiza mediante introducción

de sólido inerte precalentado en otro dispositivo a parte.

Sistemas auto térmicos: Aquí la energía la proporciona la combustión de parte de la

carga. También se llaman proceso de calentamiento directo.

Desde el punto de vista operativo, los procesos de pirólisis pueden encuadrarse en

tres grandes bloques:

Pirólisis convencional

Pirólisis rápida (fast pyrolysis)

Pirólisis instantánea (flash pyrolysis)

Comparación de los diversos procesos de pirólisis

Procesos Temperatura

ºC

Velocidad de

Calentamient

o

ºC/s

Tiempo de

residencia

Producto

mayoritario



Convencional 500 2 Gases 5s

Sólidos horas.

Coque y

condensables

Rápido 400 a 800 >2 Gases <2s

A temperatura

moderadas,

500º C,

condensables

Instantáneo > 600 > 200 Gases < 0.5s

Gases e

hidrocarburos

ligeros

Procesos de calentamiento indirecto (Alotérmicos)

Flujograma del proceso





En estos sistemas la pirólisis se lleva a cabo en ausencia de aire, sobre material para

transformarlo en otros productos más fáciles de tratar.

De esta manera la pirólisis como la gasificación se catalogan como una etapa

intermedia en el proceso de tratamiento térmico de los residuos sólidos. Dentro del

proceso convencional la temperatura de realización de los mismos es entre 500 a

600ºC, teniendo de esta manera los productos de pirolisis en estado sólido y otra

fracción en estado gaseoso.

Debido a la obtención de productos de más facilidad de trato que el original hace que

la utilización de esta técnica baya tomando más interés en su uso.

En la etapa final del proceso de pirolisis, los residuos se separan en fracciones que

eventualmente deben ser tratadas para valorizar los diferentes productos obtenidos

mediante este proceso. Aquí es donde aparecen diferencias importantes entre los

diversos procesos industriales, ya que unos optar por enfriar los gases, lavarlos y

condensar los aceites y alquitranes para su posterior uso como combustible o materia

prima, mientras otros se inclinan por la combustión inmediata de los gases.

El principio de funcionamiento de la pirólisis es bien conocido desde la antigüedad (ha

sido y es profusamente utilizado en la industria química). Pero en el campo de

tratamiento de residuos es un nuevo concepto que lleva a particularidades que vale la

pena resaltar, algunas de ellas son:

El residuo puede entrar en el reactor de pirolisis a una temperatura ligeramente

superior a la del ambiento si procede de un secador, ya que en contenido de

humedad que no debe sobrepasar el 10%. Esta agua se vaporiza de manera casi

instantánea debido a la temperatura reinante en el reactor y a la depresión

existente.

Debido al requerimiento de ausencia de aire, tanto el reactor de pirolisis como las

válvulas de entrada y salida de material deben ser perfectamente heretizados y

estanca, ya que esto permite que se aceleren las reacciones de termo reducción.

Debido a la alta temperatura, la materia orgánica se degrada y se convierte en

gases más o menos ligeros. Las moléculas complejas de cadena larga se

transforman en otras sencillas más manejables y mucho menos problemáticas



desde la vertiente ambiental; otra fracción permanece como materia sólida

carbonosa libre de volátiles. Todos los materiales y residuos conteniendo carbono

son pirolizables.

En los procesos discontinuos, o en aquellos en los que el sólido avanza a lo largo de

un tambor ó horno rotatorio, a medida que aumento a la temperatura se

incrementa la cantidad de CO2 y CO (Al ser un proceso exento de oxígeno, los

óxidos de carbono se formaran a partir del oxígeno contenido en el combustible).

Durante la fase central de gasificación (de 250 a 4000ºC) se sintetiza metano y

otros hidrocarburos ligeros. A la vez también se forman cloruro de hidrógeno (HCl)

y sulfuro de hidrógeno (H2S). La cantidad de ácidos generados, en particular el HCl

puede paliarse, in situ, con la inyección de compuestos neutralizantes en el reactor.

Simultáneamente, y a la máxima temperatura, una parte de la materia orgánica

carbonizada da lugar al residuo carbonoso (coque). Esta sustancia a medida que se

desplaza a lo largo del interior del reactor de pirólisis hace las veces de

recubrimiento interno que protege la pared del reactor de pirólisis contra la

corrosión de los gases ácidos.

La combinación de ausencia de oxígeno y temperatura moderada consigue que los

componentes inorgánicos presentes, en particular los metales pesados, no se

puedan volatilizar y pasen a la fracción residual carbonosa.

Los contaminantes tóxicos, los metales pesados, son íntegramente transferidos al

residuo carbonoso. Si en etapa posterior, este se vitrifica los metales pasan a

formar parte de una sólida estructura vítrea de la que, bajo ningún concepto, puede

lixiviar. La hipotética presencia de compuestos tóxicos, halogenados: Dioxinas y

Furanos (de difícil síntesis ya que el reactor de pirólisis trabaja en ausencia de

oxígeno) se destruirán en la vitrificación, o en el posterior tratamiento de oxidación

de los gases de síntesis, por cuanto la temperatura es superior a 1200ºC y el

tiempo de residencia de los gases supera los dos segundos.

Desde la perspectiva de operabilidad la pirólisis es una tecnología versátil ya

que permite tanto el tratamiento de residuos urbanos como residuos industriales

como lodos procedentes del tratamiento de aguas residuales, entre otros.

Como ventaja de este proceso se puede destacar la muy baja emisión de partículas.

Posibilidad de aplicación al tratamiento de suelos contaminados y los gases de síntesis

son fáciles de usar.



Como inconveniente tenemos que parte del residuo original que se transforma en

sustancia sólida carbonosa debe enfriarse rápidamente a la salida del reactor para

evitar su inflamación espontánea al entrar en contacto con el aire.

Procesos de calentamiento directo (autotérmicos)





Las reacciones de termo reducción deben realizarse en un medio químicamente

inactivo o preferentemente, en atmósfera reductora ya que cualquier introducción de

oxígeno provocaría la combustión de una parte del combustible.

La diferencia básica entre los sistemas directos e indirectos radica en el

funcionamiento del reactor. En el caso del proceso autotérmico se inyecta una cantidad

de aire que facilita varias cosas como las sgtes:

Aumenta la temperatura en el interior del reactor con lo cual la formación de gases

es mucho mayor y proporcionalmente la cantidad de coque es menor.

La eficacia térmica del sistema es más elevada, ya que el calentamiento del reactor

de forma indirecta como se lo realiza en los sistemas alotérmicos, supone de una

manera importante la tasa de transferencia de calor

El inconveniente que tiene este proceso es que existe una mezcla de gases de

pirólisis con los de combustión.

Sistema de Pirolisis

Este proceso volatiliza y descompone materiales orgánicos sólidos mediante el calor,

no mediante el fuego. Cuando se pirolizan los residuos (al contrario de cuando se

queman en un incinerador), se producen restos gaseosos, líquidos o sólidos.

Esta descomposición se produce a través de una serie compleja de reacciones

químicas además de procesos de transferencia de materia y calor. Se pueden

considerar dos etapas fundamentales dentro del proceso global: primero la pirólisis en

sí y segundo el crackeo. Este último a elevadas temperaturas y transforma los

productos primarios en compuestos con mayor valor en el mercado.



Como se ha definido anteriormente, pirólisis es el procesamiento térmico de residuos

en ausencia total de oxígeno. Desafortunadamente, hay mucha confusión en la

literatura sobre el tema y muchos sistemas llamados pirólisis realmente son de

gasificación. Se usan sistemas de pirólisis y gasificación para convertir los residuos

sólidos en combustibles gaseosos, líquidos y sólidos. La diferencia principal entre los

dos sistemas consiste en que los sistemas de pirólisis utilizan una fuente de

combustible externa para conducir las reacciones endotérmicas de pirólisis en un

ambiente libre de oxígeno, mientras que los sistema de gasificación se sostienen sin

aportes externos y usa aire u oxígeno para la combustión parcial de los residuos

sólidos.

Se puede considerar que la pirólisis comienza en horno a los 250 °C, llegando a ser

prácticamente completa en horno a los 500°C, aunque esto está en función del tiempo

de residencia del residuo en el reactor.

La pirólisis también aparece como paso previo a la gasificación y la combustión.

En la pirólisis pueden obtenerse diferentes productos secundarios útiles en función de

la tecnología de tratamiento que se utilice.



Descripción del proceso de pirólisis

Como la mayoría de las sustancias orgánicas son térmicamente inestables se pueden

romper, con un calentamiento en un ambiente libre de oxígeno, mediante una

combinación de desintegración térmica y reacciones de condensación en fracciones

gaseosas, líquidas y sólidas.

Pirólisis es el término utilizado para describir este proceso. Al contrario de los procesos

de combustión y gasificación, que son extremadamente exotérmicos, el proceso de

pirólisis es altamente endotérmico, requiriendo una fuente de calor externa. Por esta

razón, a menudo se utiliza el término destilación destructiva como término alternativo

a pirólisis.

Para operar se realizan los siguientes pasos:

Cargar los materiales.

Sellar la cámara y comenzar el ciclo de pirolisis

Comenzar a calentar el horno de pirolisis

Más o menos 250ºC los compuesto volátiles de los residuos empiezan a

gasificarse.



Más o menos 430ºC gasificación completa de todos los residuos.

Los componentes volátiles que se obtienen se trasfieren a una cámara secundaria

donde se produce la combustión de los gases calientes y los PIC”s a unos 1000ºC.

La cámara primaria se enfría y se separan las cenizas.

Las tres fracciones de componentes más importantes producidas mediante pirólisis son

las siguientes:

1. Una corriente de gas que contiene principalmente hidrógeno, metano, monóxido de

carbono y diversos gases, según las características del material que es pirolizado.

Este gas se puede convertir en energía.

2. Una fracción líquida que consiste en un flujo de alquitrán o aceite que contiene

ácido acético, acetona, metanol e hidrocarburos oxigenados complejos. A partir

estos componentes se pueden fabricar adhesivos, aromatizantes alimenticios,

fertilizantes, aditivos para combustibles, agentes para el control de emisión de SOx

y NOx, productos para la industria farmacéutica, etc. Con un procesamiento

adicional, la fracción líquida puede utilizarse como aceite combustible sintético

sustituyendo al aceite combustible convencional número 6.

3. Un sólido, coque inferior o llamado coque de pirólisis, que consiste en

carbono casi puro unido a cualquier material inerte que estuviese presente en los

residuos. Es un residuo carbonoso que puede ser utilizado como combustible o para

la producción de carbón activo.

TABLA 1: balance de masas para pirolisis

Temperatur

a

ºC

Residuos

Kg

Gases

Kg

Ácidos y

alquitranes

pirólíticos

Kg

Coque

Kg

Masa

considerad

a

Kg

480 100 12.33 61.08 24.71 98.12

650 100 18.64 59.18 21.80 99.62

820 100 23.69 59.67 17.24 100.59

930 100 24.36 58.70 17.67 100.73

TABLA 2: composición de gas de pirólisis en función de temperatura

Gas 480 ªC 650 ªC 820 ªC 930 ªC

H2 5.56 16.58 28.55 32.48



CH4 12.43 15.91 13.73 10.45

CO 33.50 30.49 34.12 35.25

CO2 44.77 31.78 20.59 18.31

C2H4 0.45 2.18 2.24 2.43

C2H6 3.03 3.06 0.77 1.07

Total 99.74 100.00 100.00 99.99

Existen diferentes tipos de Pirolisis en función de las condiciones físicas en las que se

realice. Así, factores como la velocidad de calentamiento, el tiempo de residencia, la

presión, etc.,

La carbonización es quizá el proceso de pirólisis conocido desde hace más tiempo de

todos los mostrados en el cuadro anterior, y el que más importancia tiene

industrialmente para la producción de carbón vegetal. Esta carbonización se puede

llevar a cabo en diferentes tipos de instalaciones:



Reactores de Pirólisis

Sistemas Convencionales

En el caso de pirólisis convencional en continuo, se utilizan equipos rotatorios o de

lecho móvil y en algún caso horno de parrilla, dependiendo de cómo se suministre la

energía necesaria para la descomposición térmica del residuo, estos reactores pueden

ser autotérmicos o alotérmicos.

Los tipos de reactores más comunes en este tipo de proceso son:

o Horno rotatorio (pirólisis). Funciona a temperaturas relativamente bajas (400º-

600ºC) y puede alimentarse de materiales de gran tamaño. El horno se calienta

externamente y los residuos se mezclan y tratan a medida que el horno rota

lentamente

o Tubo calentado (pirólisis) funciona a una temperatura más alta de 800ºC, los

residuos pasan a velocidad uniforme.

o Contacto superficial (pirólisis), adecuada para residuos que han sido tratados

previamente, ya que se requiere una alimentación de materiales de tamaño

pequeño.

Sistema avanzado

El proceso mas recomendado para este tipo de pirolisis es el de lecho fluidizado.

Debido a que la producción de carbón activo se constituye la salida más interesante

para este tipo de pirolisis.

Ya que en este tipo de de pirolisis existen dos etapas:

1. Por calentamiento por combustión de un solidó inerte que es usado como uno de los

lechos el cual es usado para la transferencia de calor hacia la materia pirolizar

2. La otra etapa consiste en los sistemas de polvo en suspensión con el reactor

neumático como exponente.



Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de estas plantas de termo pirólisis es la descomposición

pirolítica de la materia orgánica, que desaparece en forma de gases no contaminantes.

El funcionamiento es discontinúo con carga, pirólisis y descarga sucesivas.

El material a tratar se carga en el carro, fuera del horno, y se introduce en el interior

del mismo cerrando las puertas. Se inicia el ciclo con el encendido y calentamiento del

reactor térmico hasta una temperatura de unos 800º C. Este valor es regulable según

las aplicaciones. Si se pretende utilizar el gas obtenido no se acciona el reactor,

quedando en reserva para eliminar posibles gases no utilizados.

De forma automática se produce el calentamiento de la cámara de termo pirólisis,

como consecuencia del calor desprendido por el reactor térmico y el proporcionado por

un quemador o las resistencias hasta una temperatura de unos 450º C, variable según

los productos a tratar.

La descomposición pirolítica de la materia orgánica se realiza en una atmósfera

escasamente oxigenada y a una temperatura óptima. En el reactor térmico el

quemador secundario, o la acción de unas resistencias, provoca la combustión de los

humos producidos, saliendo por la chimenea gases limpios, que se conducen a un

recuperador de calor a directamente a la chimenea.

Eventualmente el equipo puede diseñarse para la utilización de los gases de la

descomposición pirolítica como combustible. Si se desea utilizar los gases, en un

generador eléctrico u otro uso, o se utilizan para auto alimentar el proceso se envían a

un gasómetro previo enfriamiento.

El proceso está regulado por un microprocesador. Un sistema de seguridad con

nebulización de agua se activa en caso en caso de temperatura excesiva en la cámara

de termo pirólisis.

Sistema de nebulizacion

A fin de mantener la temperatura de ejercicio de la cámara de Pirólisis bajo el limite

máximo, el horno está dotado de un sistema de seguridad de nebulización de agua.

Los surtidores de pulverización están dispuestos en el interior de la cámara, de manera

que intervienen uniformemente sobre toda la masa del material que se esta tratando.



La uniformidad de distribución del agua pulverizada asume particular importancia en el

trabajo de recogida de residuos que se originan en el proceso.

Tratamiento de gas y residuos

Los sólidos que resultan de estos procesos contienen metales y carbono. La pirólisis

produce significativamente más carbono que la gasificación. Las partículas grandes se

descargan del proceso en la ceniza, que queda en el fondo. Las partículas más ligeras

se separan y extraen por filtraje. Los metales volátiles, como el plomo, el estaño, el

cadmio y el mercurio se condensan cuando se enfría el gas.

La recuperación de energía

Una de las ventajas de la pirólisis y la gasificación es que el gas de síntesis que

producen se puede utilizar de diversos modos:

El gas de síntesis se puede quemar en una caldera para generar vapor que puede

alimentar una turbina para generar electricidad y proporcionar calefacción. La

utilización del calor y la generación de electricidad aumenta la eficiencia energética

general del sistema.

El gas de síntesis se puede usar para alimentar un motor a gas o una turbina a gas,

aumentando la eficiencia de la producción de electricidad, sobre todo en los

sistemas combinados de calor y energía (CHP).


Cenizas

Partículas Sólidas Carbonosas (char)

Alquitrán

Gases Combustibles CO, H2, CO2 , CH4, H2S.HCL, NH3.......

Semicoque

CALOR

Sólido Orgánico

Gases

Hidrocarburos

SECADO PIROLISIS GASIFICACION


El gas de síntesis también se puede usar como materia prima química si la planta

de tratamiento está situada cerca del usuario final.

Algunos procesos consideran el residuo de carbón como un deshecho residual que

requiere ser eliminado, mientras que otros reconocen que el residuo de carbón

contiene una cantidad significativa del carbono original de los residuos. Otros procesos

consideran el residuo de carbón como un material reciclable (negro de carbón) para los

cuales puede haber mercados.

Para que el gas de síntesis se pueda usar en la producción de energía, será necesaria

una limpieza que elimine las partículas y los alquitranes condensables.

Cuando se produce la pirólisis y combustión de materiales durante un incendio, el

efecto primario sobre las personas será la hipoxia o falta de oxígeno, al cual habrá de

sumarse la toxicidad de los compuestos formados.

APLICACIÓN DE LA PIROLISIS



TRATAMIENTO DE RESIDUOS

Los principales hitos del proceso son:

Trituración: preparación y homogenización de los residuos. Esta es una de las

particularidades que distingue estos procesos de la incineración en masa.

Secado: No conviene que los materiales entren en el pirolizador con una humedad >

al 10%.

Pirolisis: La materia seca se introduce en un reactor normalmente cilíndrico.

El tiempo de residencia del sólido y la temperatura dependerá del tipo de residuo a

tratar.

Tratamiento de los productos: los gases y el sólido. Los gases de síntesis se lavan

para ser aprovechados energéticamente. La fracción sólida (char) es también

combustible. Se puede tratar como tal en hornos de clinquer o vitrificarlos junto con

otros componentes. La realidad ha demostrado que pese al tratamiento de la fracción

carbonoso como indica la figura se tritura y se lava para poder ser valorizado, las

posibilidades son escasas. Además hay que tener presente que el char debe enfriarse

a la salida del pirolizador.

Pirólisis de RSU (Residuos Sólidos Urbanos)

El RSU es un residuo complejo en el que hay una cantidad notable, próxima al 15%,

de material inerte que debe retirarse antes de entrar en el reactor de pirolisis. El

cartón, aunque presenta mejores tasas de conversión energética por combustión

directa, suele dejarse en muchas ocasiones ya que absorbe parte de la humedad

que contiene la fracción fermentable y homogeneiza el resto evitando de esta

manera la inserción de un costoso proceso de secado antes de la trituración.

El convertidor pirolítico se alimenta a partir de los residuos procedentes de un

almacén regulador y para su calentamiento emplea parte del gas de síntesis

generado. La Figura 7.9 muestra el esquema de principio del conjunto.

Como muestra la figura la planta trata RSU en masa. Por lo tanto la primera provi -

dencia consiste en instalar una planta de selección para separar, en lo posible la



fracción no orgánica: metales y vidrio. El cartón es un caso un poco especial ya que

contiene una gran cantidad de «filler» y, a veces se separa y otras solo

parcialmente y de paso se potencia su propiedad como absorbente.

Figura 7.9. Esquema de conjunto de un convertidor pirolítico para RSU.

Tabla 3: Distribución de productos para la pirólisis de RSU.

Productos % masa gas producido

Temp.C gases líquidos sólidos Nm3/ Kg. MJ/Kg



500 12.3 61.1 24.7 0.114 1.39

650 18.6 59.2 21.8 0.166 2.63

800 23.7 59.7 17.2 0.216 3.33

900 24.4 58.7 17.7 0.202 3.05

Problemas operacionales con sistemas de pirólisis para RSU

Un sistema completo de pirólisis en Estados Unidos, construido en El Cajón,

California, el Occidental Flash Pyrolysis System no logró su principal meta

operacional (la producción de un aceite de pirólisis vendible) y cerró después de

solamente dos años de funcionamiento. En la Figura 7.10 se nuestra un diagrama

de flujo simplificado del proceso. El sistema primario empleó dos etapas de

trituración, clasificación neumática, cribado y secado para producir una fracción

orgánica muy fina. También se recuperaron los metales férreos, el aluminio y el

vidrio utilizando separación magnética, separación por corrientes de Foucault y

flotación, respectivamente. La parte del sistema que implicaba la pirólisis consistió

en varios lazos interconectados de proceso.

Los productos finales eran aceites pirolíticos, gases, coque inferior y ceniza. Como

era de esperar con un sistema tan complejo, se encontraron numerosos problemas

operacionales. En un análisis del sistema, el fracaso final se atribuyó a varios

factores, incluyendo los siguientes:

1. Imposibilidad del sistema primario para cumplir con las especificaciones de

pureza para el aluminio y el vidrio, lo que afectó a la rentabilidad del sistema.

2. Incapacidad del sistema para producir _ un aceite de pirólisis vendible. El aceite

producido tenía un contenido en humedad del 52 por 100, no el 14 por 100

pronosticado con los resultados de una planta piloto. El exceso de humedad en el

aceite disminuyó el contenido energético a 8.374 kJ/Kg., frente a los 2 -1-.166 kJ/Kg.

pronosticados en los ensayos de la planta piloto.

La causa principal del fracaso de la tecnología de pirólisis en el pasado parece

haber sido la complejidad inherente de los sistemas y la falta de apreciación, por



parte de los diseñadores de los sistemas, de las dificultades asociadas a la

producción de una alimentación uniforme a partir de residuos sólidos urbanos.

Diagrama de flujo simplificado del Occidental Flash Pyrolysis System.

No obstante, aunque algunos sistemas como el Occidental Flash Pyrolysis System no

obtuvieron éxitos comerciales, aportaron datos valiosos sobre el diseño y el funciona-

miento que puede ser utilizado por los diseñadores en el futuro.

Para el correcto funcionamiento de cualquier sistema, y la pirólisis en particular, es

preciso partir de una recogida selectiva efectiva. De lo contrario no debe achacarse el

fracaso a la tecnología en si misma (muchas plantas de compostaje y metanización han

tenido que cerrar por el mismo motivo).



El otro factor importante a tener en cuenta es de índole económica. Hay una tendencia

a internalizar los costes de tratamiento a base de conseguir que los subproductos

obtenidos en las plantas, como la citada, sean de alto valor. Esto supone que la

instalación sea muy sofisticada y su coste de implantación, mantenimiento y

explotación elevado por lo que, al menor contratiempo la planta tiene problemas

económicos.

Pirólisis de plásticos

La pirólisis es otra posibilidad además de la combustión o incineración, en las que de

una forma u otra se aprovecha el contenido energético de los residuos plásticos en

general y, naturalmente, de los contenidos en los desechos urbanos.

En los últimos tiempos se han llevado a cabo un sinfín de investigaciones y pruebas

sobre la pirólisis de plásticos. El punto de partida de todas ellas es el hecho de que

los plásticos, todos ellos sólidos, están compuestos por largas cadenas poliméricas

que por la acción de la temperatura se descomponen y se obtienen compuestos de

cadena más corta. Estos suelen ser líquidos y, en una parte muy importante, gases.

Los plásticos como sustancias de alto peso molecular no permiten ser purificados

mediante procesos como la destilación, extracción, o cristalización. Solamente

pueden ser aprovechados mediante ruptura de las macromoléculas en fragmentos

más pequeños.

En vistas al aprovechamiento energético, cuanto mayor sea la cantidad de gas en

detrimento de la fracción líquida y, sobre todo sólida, tanto mejor. En líneas generales

se procura que la temperatura sea elevada para lograr la máxima cantidad de gases.

La Tabla 7.9 reproduce el estado del arte de la técnica, haciendo hincapié en el

polietileno (PE) ya que es el plástico más ensayado por ser el más usado. Los ensayos

se han realizado utilizando reactores de lecho fluidizado, con diversos tipos de medio

fluidificante.

Tabla 4: Productos de pirolisis para diferentes tipos de plásticos.

MaterialPE PE PE PS PVC

Medio

fluidizante

N2 Crak-

gas

C-gas Crak-

gas

Crak-

gasTemperatura C 735 735 785 735 735Hidrogeno 0,3 0,5 1,9 0,03 0,7



Metano 7,0 16,2 16,7 0,3 2,8

Etileno 35,1 25,5 10,3 '` 0,5 2,1Etano 3,6 5,4 4,1 0,04 0,4Propano 22,6 9,4 6,4 0,02 0,4Isobuteno 8,7 1,1 2,3 -1,3 Butadieno 10,3 2,8 2,5 -Pentano- 0,01 2,0 6,1 0,01Benceno 0,01 12,2 7,4 2,1 3,5Tolueno 0,05 3,6 5,1 4,5 1,1Xileno - 1,1 3,3 1,0 0,2Estireno - 1,1 "0,6 71,0Naftaleno - 0,3 0,8 0,8 3,1Aromáticos 0,53 17,3 12,1 15,0 19,3Char 0,4 0,9 18,3 0,3 8,8ClH - - - - 56,3TOTAL (%) 98,6 99,4 97,9 '95.6 98,7

Como muestra la tabla la tasa de transformación es siempre superior al 95 % y la oxi-

dación de los productos de síntesis no ha de suponer, en principio, grandes problemas.

Sin embargo, desde el punto de vista ambiental la formación de cantidades notables

de benceno, tolueno, xileno e hidrocarburos aromáticos de cadena alta demuestra que

la pirólisis tiene sus inconvenientes a la hora del reciclaje de los plásticos por esta vía.

Una parte del propio gas de síntesis se usa para el calentamiento del proceso.

Para llevar a cabo estos ensayos se han usado, preferentemente, reactores de lecho

fluidizado ya que para esta utilización permiten unas prestaciones superiores

principalmente por lo que hace referencia a la isotérmica del reactor, lo que renunda

en una homogeneidad en los productos de síntesis. Otras líneas de investigación se

han realizado a base de hornos rotatorios.

La Figura muestra el esquema de la planta piloto para la pirolisis de plásticos mez-

clados. El corazón de la planta es un reactor de lecho fluidificado con un diámetro

interior de 450 mm. Se emplea para la pirolisis de plásticos un lecho fluidificado de

arena de cuarzo con una temperatura de 500-900 °C. Los plásticos alimentan el

reactor a través de una puerta de doble trampilla o a través de un tornillo sin fin

refrigerado.

Se usa el gas de pirolisis precalentado a 400'C para crear el torbellino en el lecho

fluidificado. La entrada de calor tiene lugar, indirectamente, a través del calor de



radiación de las toberas de combustión que son calentadas, a su vez, mediante el gas

de pirólisis.

Los gases de salida se dirigen hacia un intercambiador de calor. Los productos de los

gases que abandonan el lecho fluidificado se separan del carbón residual y del polvo

fino que les acompaña en un ciclón y se enfrían a temperatura ambiente mediante un

producto aceitoso en un refrigerante. El flujo de gas se dirige, directamente, A través

de dos columnas de condensación rellenas.

Las fracciones de aceite condensado se llevan a cabo en dos columnas de destilación

empleando la fracción que hierve a 135-145 °C (principalmente xilenos) como medio

de enfriamiento. La fracción que hierve entre 50-135 °C (principalmente benceno y

tolueno) es el producto aceitoso de bajo punto de ebullición; la fracción que lo hace a

145-300 °C es el producto aceitoso de alto punto de ebullición. También se producen

alquitrán o breas con un alto intervalo de punto de ebullición así como dos fracciones,

una rica en tolueno y la otra en benceno.

La Tabla 5 muestra las condiciones de pirólisis dé tres ensayos usando las mezclas de

plásticos residuales en la planta de Hamburgo-Bergedorf. El material de la ali-

mentación fue granulado a un tamaño de 0,5-1 cm.

El tiempo de residencia de las partículas de polímero sólido fue de 10 segundos; el

tiempo de residencia del gas en el lecho fluidificado fue de 5 segundos. El HCl que

provenía del PVC fue adsorbido químicamente sobre cal o dolomita que se introdujo

en la alimentación del lecho fluidificado. La tabla contiene también la cantidad de

arena de cuarzo para el lecho fluidificado y el xileno utilizados en los refrigeradores

para el enfriamiento. El residuo es una mezcla de arena de cuarzo, dolomita, cloruro

cálcico procedente del PVC y la cal y dolomita y negro de carbono.

La fracción gaseosa, como se muestra en la Tabla 7.11, contiene principalmente

óxidos de carbono (de la cal, dolomita y papel), metano, etano, eteno, y propeno.

La composición en HCl procedente del PVC en los gases es menor de 5 ppm.

Mediante la adición de cal al lecho fluidificado, el ácido clorhídrico procedente de la

reacción de eliminación autoctitalítica del PVC se puede retener químicamente. El clo-



ruro cálcico que se forma en el proceso, sin embargo, tiene tendencia a atascar el

lecho fluidificado a altas concentraciones. Por lo tanto es mucho mejor eliminar el HCl

gaseoso en una etapa preliminar, a 300-400 °C. en una extrusora de tornillo (estas

extrusoras son especiales y costosas), antes de que tengan lugar extensas reacciones

de craqueo mediante el proceso que se conoce como extrusión degradativa. El HCI

gaseoso que se obtiene está disponible entonces para darle u11 uso posterior.

Composición del gas de pirólisis de mezcla de plásticos.

Temperatura de pirolisis

680 735 790

Hidrógeno 0,667 0,683„ 1,868CO 8,376 14,155 6,316C02 20,418 20,807 3,38

Metano 16,734 22,661 46,491Eteno 18,383 20,69 25,994

Etano . 10,118. 7,189 7,765Propeno Propeno 13,758 7,797 3,311Propano 1,668 0,54 0,222Butenos 4,603 1,515 0,3751,3-Butadieno 1,896 1,554 1,2211,3-Pentadieno 0,105 0,033 0,0171-Pentene 0,555 0,124 0,17Cidopentadiene 0,582 0,535 0,267Isopropeno 0,302 0,202 0,0141-Hexeno 0,145 0,021 0,004HCl <5ppm

ppm

<5 ppm 0,772Otros compuestos 1,691 1,496 1,771Poder Calorífico (Ml/Kg.)

wo~~(MJ/k9)

35,1 33,0 45,4

Pirólisis de neumáticos

El reciclado de residuos de caucho se ha convertido en una necesidad actual

creciente. El volumen de neumáticos desechados anualmente en diversos países se

estima en los siguientes valores: 2.3 millones de toneladas (=250 millones de

neumáticos) en EEUU, 1.5 millones de toneladas en la U.E (de composición media

mostrada, en %)(unas 300.000 en España), 0.5 millones de toneladas en Japón, etc.


Figura 7.12 Composción media de los neumáticos europeos

Negro de humo; 26%

Acero ; 20%

Caucho ; 46% Otros ; 2%

Textil; 4%


La mayoría de estos residuos se destina a vertederos y dado que los neumáticos se

degradan con dificultad y además presentan un peligro latente de incendio, las

autoridades ambientales van prohibiendo el vertido. Así pues la valorización energética

se perfila con una buena alternativa.

La compleja naturaleza de los neumáticos usados hace que su reciclado sea muy

complicado. Las dos características más problemáticas de dichos residuos son las

siguientes. Por un lado, se trata de polímeros que están químicamente reticulados o

entrecruzados, por lo que son materiales que no funden por calor, luego no pueden ser

directamente remoldeados. Por otro lado, se trata de una compleja mezcla de

componentes muy diversos, entre los que se incluyen diversos tipos de caucho, negro

de humo, antioxidantes, cargas, cordones, refuerzos de acero, etc.

Desde hace algunos años se viene considerando e investigando la posibilidad de

reciclar químicamente, mediante el proceso de pirolisis, los neumáticos de desecho. En

la pirolisis se produce la descomposición de la parte orgánica volátil del neumático

(fundamentalmente el/los polímeros o cauchos). Se generan así productos de bajo peso

molecular, líquidos o gaseosos, que pueden ser útiles como combustibles o como

fuente de materias primas químicas. Los componentes inorgánicos (fundamentalmente

acero) y la materia orgánica no volátil (fundamentalmente negro de humo),

permanecen teóricamente inalterados tras el proceso, y por lo tanto se pueden reciclar

en aplicaciones de valor.

La figura 7.13 muestra un balance másico habitual del proceso de pirolisis de

neumáticos. El balance que muestra la figura es desalentador desde la óptica del

reciclador. Más del 52% sólido y el 31% son aceites pirolíticos. Todo ello, a excepción

del acero no tiene otra vía de valoración, económicamente viable, que la incineración.



Pirolisis de residuos de madera

La madera, y los residuos de madera, son un material renovable muy abundante, por

tanto se ha intentado aplicar todas las técnicas disponibles para sacar el mejor

provecho de su tratamiento. Las proporciones relativas de gases, productos

condensables y char varían con las condiciones de operación y con la composición de

la materia prima utilizada, dada la diferente proporción de los constituyentes básicos.

En cuanto el producto sólido, cabe distinguir entre el carbón activo y el carbón vegetal.

El segundo con aplicación fundamentalmente como combustible y de carácter

reductor, se obtiene a temperaturas moderadas y sin el empleo de agentes activantes.

La pirolisis a niveles térmicos superiores y particularmente en atmósfera de CO2, vapor

de agua o después de un tratamiento químico previo mediante ácidos y sales, conduce

a sólidos de alta porosidad y superficie especifica, lo que determina su utilización como

adsorbentes.

Los compuestos volátiles resultantes de la pirolisis de la madera abandonan el horno

en forma de gases y vapores condensables.

Los segundos constituyen la fracción liquida de la pirolisis, de constitución compleja,

con alta representación, fundamentalmente de alcoholes, ácidos y aromáticos, en

proporciones que no justifican su recuperación, excepto en el caso de algunos de los

componentes mayoritarios de la fase acuosa. La fracción no recuperable puede usarse

como combustible con un poder calorífico entre 6000 y 7000 kcal/kg.



La fase acuosa constituye la fase más ligera de las fracciones en que puede separarse

el conjunto del producto líquido de la pirolisis. En ella, denominada “fracción

piroleñosa” o “ácido piroleñoso” se han identificado numerosos compuestos, entre los

que cabe destacar, en términos cuantitativos, ácidos acético y fórmico, metanol,

etanol, acetaldehído, furfural y acetona.

Fabricación de carbón activo

Los carbones vegetales son el primer eslabón para la fabricaron de carbones activos.

Se escribe en plural ya que existen infinitas calidades de carbones activos que dan

lugar a otras tantas aplicaciones.

El carbón activo se caracteriza por tener una gran superficie específica y ello

proporciona una gran adsorción. El material así obtenido se usa en mascarillas,

plantillas para pies, filtros para aguas, filtros para aire acondicionados, material

pulverulento adsorbente, filtros para industria química, etc.

La característica más importante es la superficie específica. En el caso del carbón

vegetal se parte de superficies específicas de 160 m2/g hasta 400 m2/g. Como ejemplo,

1.6 gramos de carbón activo pueden adsorber hasta 180 cm3 de amoniaco.

Para mejor entendimiento se ha investigado y puede ser posible fabricar carbón

activado mediante la pirolisis del bagazo de la caña de azúcar del Ingenio Azucarero

GUABIRA esta propuesta presenta en un pequeño proyecto.

La producción de desechos de biomasa en particular de biomasa cañera

tradicionalmente se incineran o almacenan, representando un agente contaminante

del medio ambiente. La incineración es uno de los métodos tradicionalmente usados

para el tratamiento de los residuos sólidos debido a la significativa reducción del

volumen de estos, algunos especialistas sugieren que el uso de grandes plantas de

incineración han comenzado a declinar y unas alternativas más favorables han de ser

utilizadas. Una de tales alternativas que con mayores perspectivas se presenta es la

combustión, pirólisis y gasificación con los cuales junto al proceso de reducción de

volumen de los desechos sólidos se recibe energía o subproductos utilizables en otros

procesos industriales.

La combustión representa una buena variante si coinciden los consumidores

energéticos con el lugar de almacenamiento y producción de la biomasa, pero resulta

poco recomendable si es necesario transportar el portador energético a lugares lejanos



del lugar de almacenamiento y procesamiento térmico de la biomasa, dado la baja

densidad que encarece extraordinariamente la transportación siendo recomendable en

estos casos la utilización de la gasificación o la pirólisis, donde se transportaría el gas o

el carbón. Por otro lado la pirólisis y la gasificación de biomasa permiten organizar

mucho más eficientemente la producción de energía y sobre todo permite lograr

tecnologías más limpias con menos impacto agresivo sobre el medio ambiente.

Reglamento Ambiental Referidos a la Pirólisis.-

ART 56.- Para el manejo de desechos aceitosos, que se originen en los fondos de

tanques, lodos de limpiezas de líneas, solventes y aceites de motor, la responsable

debe prohibir la disposición de estos en las fosas, superficie de la tierra o cuerpo de

agua, debiendo presentar un plan de disposición final, en el EEIA, para su revisión y

aprobación

ART 74.- Para el manejo de desechos sólidos y líquidos, la responsable debe

g) Eliminar los desechos provenientes de la limpieza de los ductos, mediante el uso de

tratamientos de bioremediación o disponiéndolos únicamente en ubicaciones

aprobadas para rellenos sanitarios

ART 80.- Para el manejo de desechos y residuos sólidos y líquidos, la responsable debe

aplicar los principios aceptados para el manejo de desechos en lo que se refiere a la

reducción uso repetido, reciclaje y recuperación, para reducir la cantidad de desechos

generados como resultado de las operaciones industriales. Los desechos sólidos y

líquidos deberán ser manejados y dispuestos desde el punto de origen hasta su

disposición final, para cumplir con los limites establecidos en el reglamento en materia

de contaminación hídrica y de gestión de residuos sólidos de l a ley del medio

ambiente 1333 y los requerimientos estipulados por esta reglamentación

ART 83.- Por razones de seguridad industrial, la responsable no deberá proceder a la

incineración de desechos dentro de instalaciones industriales en fosas de incineración

abiertas, en barriles o áreas abiertas.

ART 85.- Para el manejo de desechos sólidos y líquidos, la responsable debe

b) Prohibir la descarga de los desechos sólidos sin tratamiento, emergentes de los

procesos de industrialización, incluyendo la purga de torres de enfriamiento, glicoles,

solventes, ácidos y cáusticos, aceites lubricantes usados y otros desechos de procesos

especializados, en los rellenos de tierras, en las fosas del lugar, sobre la superficie del

terreno o en los cuerpos de aguas superficiales

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA PIROLISIS



Las principales ventajas son:

- Es un proceso controlable por definición ya que las reacciones son endotérmicas.

- Determinados compuestos son recuperables a partir del residuo carbonoso.

- El volumen de residuo es reducido significativamente.

- Los vapores condensables de valor económico, pueden ser recuperados.

- El gas, volátiles, se suele usar como combustible.

PREVENCIÓN

Cuando puedan pasar productos peligrosos de la pirolisis a los locales de trabajo,

deberá protegerse a los trabajadores/as por medio de ventilación por aspiración o con

otras medidas apropiadas a las sustancias peligrosas específicas.

Del mismo modo, deben tomarse precauciones en el almacenamiento de materiales,

cuando son inflamables, tóxicos o corrosivos en función del problema en particular.

Los principales inconvenientes son:

- Parte de la energía del residuo queda retenida en el residuo carbonoso (coque).

- Los gases y, sobre todo, los vapores deben ser destruidos correctamente.

- Gran cantidad de coque de difícil valorización.

RIESGOS

Los riesgos para la salud derivados de la acción pirolítica pueden asociarse, en su

mayoría, a los materiales tóxicos o corrosivos que se forman durante el proceso

dependen en gran parte de la temperatura de pirolisis.



Existen riesgos de pirólisis accidental o incidental, con el posible desprendimiento de

efluentes muy tóxicos. Son especialmente peligrosos los polímeros fluoro-carbonados,

los de poliéster y los de poliuretano.

La velocidad de la pirólisis efectiva y la cantidad de material de partida, son muy

importantes en relación con las concentraciones de gases tóxicos y vapores que

pueden alcanzarse.

CONCLUSIONES.Como conclusiones de todo lo que se ha visto hasta ahora y haciendo referencia tan

sólo al proceso de pirólisis se puede decir que sería un sistema de reaprovechamiento

de residuos sólidos, bueno, debido a que la emisión de contaminantes a la atmósfera

es mucho menor que si se utilizara el sistema alternativo y que en la actualidad está

implantado, el de incineración.

Este proceso presenta una serie de alternativas con relación a la reutilización de

componentes que al mismo tiempo que suponen un ahorro en materias primas

implican una actitud más respetuosa con el medio ambiente. Algunas de estas

alternativas son:

- Pirólisis en condiciones controladas que nos permiten obtener compuestos orgánicos

valiosos como el tolueno y xileno, así como negro de humo y carbón activo, producto

de todos ellos de valor añadido.

- Reutilización de los líquidos y gases combustibles obtenidos en el proceso en

autogeneración eléctrica mediante sistemas de motores y turbinas.

- Acumulación y venta del hierro obtenido ya que se trata de un producto con alto

valor.

ANEXOS

HORNOS PIROLITICOS




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