Tratamiento mediante pirólisis por plasma de neumáticos fuera de uso y productos de caucho

Uno de los principales retos de la sociedad moderna es el creciente volumen de residuos sólidos generados por la actividad humana, que se ha convertido en un grave problema ambiental. La eliminación de los neumáticos usados –neumáticos de turismos y camiones, de bicicleta, de motocicleta, de maquinaria agrícola y otros productos a base de poliisopreno– representa una parte importante de este problema, ya que se estima que en todo el mundo 1.300 millones de neumáticos llegan cada año al final de su vida útil.

En Plasma Power queremos emplear las técnicas más económicas y avanzadas en el diseño y la fabricación de la planta, con el fin de satisfacer a la vez los aspectos económicos y los ambientales. La valorización térmica se perfila además como una posible solución para reprocesar cantidades ingentes de este material. Las tres tecnologías principales de valorización térmica son la pirólisis, la gasificación y la combustión.

• 01Pirólisis: degradación térmica en ausencia de oxígeno.
• 02Combustión: degradación térmica en presencia de oxígeno.
• 03Gasificación: degradación térmica en presencia de un agente gasificante (corriente de vapor de agua, aire, etc.).

La gasificación es un proceso térmico (T > 750 °C) que permite convertir materiales carbonosos, como los residuos orgánicos o la biomasa, en monóxido de carbono e hidrógeno con una cantidad controlada de oxígeno o de vapor de agua. La mezcla de gases resultante, denominada también gas de síntesis o syngas, es una fuente adecuada para alimentar turbinas de gas o pilas de combustible.

Una de las tecnologías de recuperación importantes es la pirólisis. Desde hace décadas se acumula un amplio conocimiento sobre la pirólisis como vía para convertir en productos útiles los materiales orgánicos de desecho (lodos oleosos: residuo del fondo de un depósito de combustible, residuo de combustible acumulado en el filtro, residuo procedente de la depuración de aceite lubricante, residuos oleosos, materiales orgánicos presentes en los residuos urbanos: aceite, jabón, neumáticos, plástico, textiles, entre otros). La pirólisis de neumáticos consiste en la degradación térmica del caucho del neumático a una temperatura determinada (300 °C-900 °C) en atmósfera inerte. La pirólisis de neumáticos fuera de uso ha despertado un interés creciente, ya que las condiciones del proceso pueden optimizarse para producir aceite de alto contenido energético, gas y char residual, además de la carcasa de acero del neumático. El acero se recicla de nuevo en la industria del hierro y del acero. Los otros tres productos se aprovechan como recursos energéticos (combustible) o químicos, o ambas cosas.

En el proceso de pirólisis, la materia volátil orgánica de los neumáticos se descompone en productos de bajo peso molecular, líquidos o gaseosos. Los componentes inorgánicos y el negro de humo no volátil permanecen como residuo sólido relativamente inalterado y, por tanto, pueden reciclarse en aplicaciones de interés.

El proceso de pirólisis resulta especialmente adecuado para residuos complejos que contienen muchos plásticos distintos mezclados con otros materiales (tierra, textiles, vidrio, etc.), como ocurre con los residuos de fragmentación de automóviles (ASR), que no necesitan un proceso previo de limpieza y cuyo producto sólido podría emplearse en la fabricación de metales y en la activación del negro de humo.

Planta de gasificación por plasma de neumáticos fuera de uso y caucho: eliminación y tratamiento de residuos, craqueo, pirólisis, energía y producción de hidrógeno, EEA y EPA

Muchos consideran el plasma el cuarto estado de la materia, después de los estados más conocidos: sólido, líquido y gaseoso. El aporte de energía suficiente a un gas lo convierte en plasma. Dicho de otro modo, el plasma es un gas ionizado resultante, por ejemplo, de una descarga eléctrica. La pirólisis por plasma térmico puede describirse como el proceso en el que un sólido carbonoso reacciona con cantidades limitadas de oxígeno a altas temperaturas (10.000 °C > T > 5.000 °C). Con el fin de producir un gas combustible, con un poder calorífico del orden de 4-9 MJ/Nm³, y productos sólidos carbonosos, sin producto líquido. En la zona de plasma, altamente reactiva, existe una fracción elevada de electrones, iones y moléculas excitadas, junto con radiación de alta energía. Cuando el material carbonoso se inyecta en el plasma, este lo calienta con gran rapidez. La sustancia volátil se libera y se craquea, lo que da lugar a hidrógeno y a hidrocarburos ligeros como el metano y el acetileno. La alta temperatura, combinada con la elevada velocidad de calentamiento del plasma, provoca la destrucción del residuo orgánico; en consecuencia, se forman un gas y un residuo sólido de propiedades variables según las características de la alimentación y las condiciones de operación. La cantidad de producto gaseoso puede alcanzar el 70-80 % de la alimentación; a modo de comparación, el producto gaseoso generado por la pirólisis convencional de neumáticos fuera de uso es solo del 10-20 % en la pirólisis lenta y del 30-50 % en la pirólisis rápida. El poder calorífico del producto gaseoso se sitúa en el intervalo de 4-9 Mj/Nm³; en consecuencia.

Así pues, puede emplearse directamente como combustible en diversas aplicaciones energéticas, como la combustión directa en calderas, turbinas de gas o motores de gas. Los poderes caloríficos de los char obtenidos por pirólisis por plasma son por lo general comparables a los del lignito y el coque, por lo que pueden utilizarse directamente como combustible sólido.

Los reactores de plasma térmico necesitan aportes de energía considerables para alcanzar sus elevadas temperaturas de proceso. Ello encarece su explotación. En Plasma Power diseñamos y optimizamos el procedimiento de modo que el contenido energético de los productos de pirólisis se aproveche y se recircule. En consecuencia, el proceso de tratamiento por pirólisis por plasma es autosuficiente desde el punto de vista energético, con lo que el coste de explotación se reduce de forma notable. La pirólisis por plasma presenta las siguientes ventajas:

• 01Aporte eficiente de energía térmica que favorece de forma rápida y simultánea los cambios físicos y químicos en el material residual.
• 02Fácil consecución de temperaturas de proceso altas y eficaces en reactores muy compactos, de gran capacidad de tratamiento y respuesta rápida.
• 03Las propiedades de los productos de la pirólisis por plasma los hacen idóneos para la producción de energía.
• 04No es contaminante y es capaz de destruir sustancias nocivas para la salud humana; además, sus productos son previsibles, inocuos y aceptables para la salud pública y el medio ambiente.

La acción térmica sobre los neumáticos en el reactor de pirólisis (o de pirólisis por plasma o de pirólisis por plasma de arco) produce gas hidrocarbonado, que después se condensa en combustibles líquidos sintéticos, y un residuo mineral en forma de escoria. La escoria se emplea como carga de las unidades de gasificación por plasma, mientras que los combustibles sintéticos líquidos pueden comercializarse en la producción de fracciones de gasolina y gasóleo. El cordón de acero se separa en la fase de preparación o se descarga por el sistema de salida del residuo mineral y se aprovecha como materia prima destinada a la venta.

El método completo y seguro para eliminar los residuos peligrosos (medicamentos caducados, plaguicidas prohibidos, engranajes de plástico, residuos anatomopatológicos, contenedores, etc.) es la pirólisis a alta temperatura (por plasma). Los reactores plasmoquímicos de Plasma Power se emplean como parte principal de cualquier planta de gasificación y se diseñan, optimizan y fabrican en función del contenido del material y de las aplicaciones de cada cliente, con distintos montajes y configuraciones para:

• 01Residuos sanitarios
• 02Residuos biológicos
• 03Gasificación de residuos urbanos
• 04Destrucción de residuos líquidos de pinturas y barnices, como disolventes orgánicos, pinturas, barnices, adhesivos, masillas y resinas
• 05Residuos del acondicionamiento de agua en la depuración de aguas residuales y en el aprovechamiento del agua, y residuos líquidos de las depuradoras de aguas residuales
• 06Destrucción de componentes de armas químicas y biológicas
• 07Nuestra tecnología de plasma de descarga de arco es una herramienta eficaz para muchos tipos de aplicación, incluido el tratamiento de residuos peligrosos

El interés por la tecnología de plasma en la aplicación de procesos de neutralización de sustancias nocivas es enorme. Podemos emplearla para llevar a cabo reacciones químicas en el medio de plasma (pirólisis del metano, producción de óxido de titanio, reducción de sustancias puras a partir de sus óxidos y cloruros: uranio, titanio, germanio, tántalo, etc.), para la producción plasmoquímica de óxidos de uranio destinados a centrales nucleares, para la hidropirólisis del tetrafluoruro de silicio SiF4 y la obtención a partir de él de fluoruro de hidrógeno HF y de óxido de silicio ultradisperso Si02, para la producción de dióxido de titanio Ti02 a partir de cloruro de titanio TiCl4, etc.