Conferencia ATEGRUS® sobre · Energía y Residuos DimDim Water Water SolutionsSolutions...

Conferencia ATEGRUS® sobreConferencia ATEGRUS® sobreBIOENERGÍA Y TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOSBIOENERGÍA Y TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOSBIOENERGÍA Y TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS BIOENERGÍA Y TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS

20132013

La pirolisis como técnica de tratamiento térmico en la La pirolisis como técnica de tratamiento térmico en la recuperación de materiales y energía.recuperación de materiales y energía.

Recuperación de Aluminio. Caso práctico.Recuperación de Aluminio. Caso práctico.

Dr. Joaquin Reina Hernández.Dr. Joaquin Reina Hernández.Energía Energía & & ResiduosResiduosEnergía Energía & & ResiduosResiduosDimDim WaterWater SolutionsSolutions

DimasagrupoDimasagrupo

Energía y ResiduosEnergía y ResiduosDimDim WaterWater SolutionsSolutions


ÍndiceÍndice..

1.1.-- Problemática del residuo portador de metales.Problemática del residuo portador de metales.

22..-- La pirolisis como técnica de tratamiento térmico.La pirolisis como técnica de tratamiento térmico.

oo Conceptos básicos.Conceptos básicos.

Proceso de recuperaciónProceso de recuperaciónoo Proceso de recuperación.Proceso de recuperación.

oo ResultadosResultados

oo Modelos Modelos tecnológicos en la valorización de los efluentestecnológicos en la valorización de los efluentes

3.3.-- ConclusionesConclusiones

4.4.-- InvitaciónInvitación



1.1.-- Problemática.Problemática.

LL ióió dd ll dd idid d é id é iLaLa recuperaciónrecuperación dede metales,metales, tantotanto dede residuosresiduos domésticos,domésticos, comocomoindustrialesindustriales responderesponde aa unauna necesidadnecesidad doble,doble, porpor unun ladoladorecuperarrecuperar elel valorvalor económicoeconómico existenteexistente (metal(metal yy energía),energía), porpor otrootrolibe a loslibe a los dede ss potencialpotencial contaminantecontaminante deldel medioambientemedioambienteliberarlosliberarlos dede susu potencialpotencial contaminantecontaminante deldel medioambientemedioambiente..

EnEn España,España, sese dejandejan dede recuperarrecuperar alrededoralrededor dede 100100XX101066 TnTn/año/añodede aluminioaluminio queque estáestá presentepresente comocomo parteparte componentecomponente dededede aluminioaluminio queque estáestá presentepresente comocomo parteparte componentecomponente dedediferentesdiferentes tipostipos residuosresiduos (residuos(residuos dede tetrabrik,tetrabrik, papelpapel yy otrosotrosembalajes)embalajes) queque sese eliminaneliminan (depositan(depositan enen vertederos,vertederos, incineran,incineran,etcetc..),), yy porpor tanto,tanto, pierdepierde valorvalor comocomo productoproducto valorizablevalorizable y/oy/oetcetc..),), yy porpor tanto,tanto, pierdepierde valorvalor comocomo productoproducto valorizablevalorizable y/oy/oportadorportador energéticoenergético.. SeSe debedebe añadirañadir aa estoesto loslos problemasproblemasmedioambientalesmedioambientales queque creacrea elel tratamientotratamiento actualactual dede estosestosmaterialesmateriales enen laslas diferentesdiferentes instalacionesinstalaciones..


Di s g pDi s g pDimasagrupoDimasagrupo

2.2.-- Problemática.Problemática.

Técnicas de tratamientoTécnicas de tratamiento Vía química.

Técnicas de tratamiento.Técnicas de tratamiento.

Vía Mecánica.

Vía Térmica.

Figura 1: Materiales portadores de Al.Industria del papel y el embalaje.p p y j

Figura 2: Materiales portadores de AlIndustria del cable eléctrico.


33 LL i li ii li i é ié i dd ii é ié i


33..-- LaLa pirolisispirolisis comocomo técnicatécnica dede tratamientotratamiento térmicotérmico..

Conceptos básicos.Conceptos básicos.

o Pirólisis. SeSe llamallama pirolisispirolisis aa lala reacciónreacción dede loslos productosproductos orgánicos,orgánicos, aaaltaalta temperatura,temperatura, enen ausenciaausencia dede oxigenooxigeno.. MedianteMediante esteeste procesoproceso lalafracciónfracción volátilvolátil dede lala materiamateria orgánicaorgánica sese liberalibera produciendoproduciendo unun gasgas ricoricofracciónfracción volátilvolátil dede lala materiamateria orgánicaorgánica sese liberalibera produciendoproduciendo unun gasgas ricoricoenen compuestoscompuestos combustiblescombustibles..

Desde el punto de vista operativo, el proceso de pirolisis puedeDesde el punto de vista operativo, el proceso de pirolisis puede dividirse en tres grandes grupos:

o Pirólisis convencional. OperaOpera aa temperaturastemperaturas yy velocidadesvelocidades dedepp pp yycalentamientocalentamiento relativamenterelativamente bajasbajas (inferiores(inferiores aa 500500°°CC yy ββ == 22°°C/s,C/s,respectivamente),respectivamente), concon tiempostiempos dede residenciaresidencia altosaltos parapara loslos gasesgases yy elelsólidosólido LosLos productosproductos principalesprincipales sonson:: gasesgases combustiblescombustibles carbóncarbón oosólidosólido.. LosLos productosproductos principalesprincipales sonson:: gasesgases combustibles,combustibles, carbóncarbón oosemicoquesemicoque yy condensablescondensables (alquitranes)(alquitranes)..



2.- La pirolisis .Conceptos básicos.La pirolisis .Conceptos básicos.

Pirólisis rápida (flash) C l t i tC l t i t á idá id (( 22°°C/ )C/ )o Pirólisis rápida (flash). CalentamientoCalentamiento rápidorápido (>(> 22°°C/s),C/s),temperaturatemperatura enen elel intervalointervalo dede 400400 aa 800800°°CC yy tiempotiempo dederesidenciaresidencia parapara loslos gasesgases inferiores,inferiores, enen general,general, aa 22 ss.. AA

d dd d (( ll ))temperaturastemperaturas moderadasmoderadas (en(en tornotorno aa loslos 500500°°C),C), sese maximizamaximizalala obtenciónobtención dede productosproductos condensablescondensables..

Pi óli i i t tá ( lt fl h) V l id dV l id d ddo Pirólisis instantánea (ultraflash). VelocidadesVelocidades dedecalentamientocalentamiento altasaltas (superiores(superiores aa 200200°°C/s,C/s, pudiendopudiendo llegarllegar aavaloresvalores muymuy porpor encimaencima dede estaesta cifra),cifra), temperaturastemperaturas elevadaselevadas(>(> 600600°°C)C) yy bajosbajos tiempostiempos dede residenciaresidencia parapara loslos gasesgases (por(pordebajodebajo dede 00..55 s)s).. SeSe favorecefavorece unun elevadoelevado rendimientorendimiento enen gasesgasesconcon altaalta proporciónproporción dede hidrocarburoshidrocarburos ligerosligeros..


Pirolisis.Pirolisis.


Mecanismo propuestos Degradación térmica del TetrapackMecanismo propuestos Degradación térmica del TetrapackDegradación térmica del Tetrapack

Volatiles

Gas

Cartón

Degradación térmica del Tetrapack

Volatiles

Gas

Cartón

ResiduoTetrapack

Aluminio

Tar

AluminioPlásticoResiduo

Tetrapack

Aluminio

Tar

AluminioPlástico

Aluminio+

CarbónCenizas

Calor

Aluminio

Aluminio+

CarbónCenizas

Calor

Aluminio

Pirolisis CombustionPirolisis Combustion

Figura 3. Mecanismo de recuperación del Al vía pirolisis.Figura 3. Mecanismo de recuperación del Al vía pirolisis.Figura 3. Mecanismo de recuperación del Al vía pirolisis.Figura 3. Mecanismo de recuperación del Al vía pirolisis.


Proyecto. RETALProyecto. RETAL


Proyecto. RETALProyecto. RETAL

Diagrama de flujo

Energía

Pretratamiento Tratamiento térmico Valorización

Secado Reducción de tamaño

Pirólisis Gases

Sólido

Tratamientogases

Gases

Liquido Energíao

Productos

Materialesportadores de papel, cartón,

plásticos y metales

Oxid.Térmica

Humos

Sólido

Energía

Valorización

MetalReciclado

Figura 4. Diagrama de bloques.Figura 4. Diagrama de bloques.

Energía y Energía y ResiduosResiduosDimDim WaterWater SolutionsSolutions

Proyecto: Recuperación térmica de aluminio (RETAL).



Figura 5: Planta recuperación de metales. Alimentación y cuadro de control.


Proyecto: Recuperación térmica de aluminio (RETAL)



Figura 6: Planta para la recuperación de metales. Extracción de gases y tratamiento .




Figura 7: Al recuperado. Pureza superior al 98 %.



Características del AlimentadoCaracterísticas del Alimentado

Análisis inmediato

Tabla-. 1. Análisis inmediato y elemental del residuo.

Análisis inmediato Contenido de humedad 54 % Contenido en fibras 18 %(+/ 5%)Contenido en fibras 18 %(+/- 5%)Contenido en aluminio 14 %(+/- 1%) Contenido de material plástico 68 %(+/- 5%) Contenido en cenizas (dm) 3 5 %Contenido en cenizas (dm) 3,5 % Análisis elemental %N %C %H %S

<0 1 46 93 7 70 0 06 <0,1 46,93 7,70 0,06

Energía y Energía y ResiduosResiduosDimDim WaterWater SolutionsSolutionsDimDim WaterWater SolutionsSolutions


Resultados

Resultados aproximados. Condiciones Temp = 550 ºC P = atmfComposición % Vol

14 kg. de Aluminio

46 kg. de gases combustibles(Hidrocarburos ligeros)

Base100 k d

Composición % Vol

CO2 25,3Et C H 40 3(Hidrocarburos ligeros)

38 kg. de líquido combustible(Oleofina y parafinas).

2 kg. de Carbón

100 kg. de Residuos.Tetrabrik

Eteno C2H4 40,3Etano C2H6 9,3Metano CH4 19,7

CO 5,4

PCI (kcal/m3) 6307,8



Modelos tecnológicos en la valorización de los efluentes

(Líquidos y gases)( q y g )

1 Producción de vapor (Ind Papelera)1. Producción de vapor (Ind. Papelera)

2. Producción de energía más calor (cogeneración).

3. Producción de productos químicos (keroseno, gasolina, diesel)


DiDi

PROCESO RECUPERACIÓN TÉRMICA DE METALES


Producción de vapor

PElec (kW) 15 Gascom (kg/h) 457,50 Gascal (kg/h) 11.737,43

PTer (kW) 150 Tcom (°C) 550,00 Tcal (°C) 1.029,83PPelec (kW) 40 Vapor (kg/h) 4.954,56

PTer (kW) 200 Tcal (°C) 200,00

P (bar) 10,00Pter (kW) 282,29

Pretratamiento(Secado

Trituración)

Pirólisis550°C

Oxidacióntérmica.

Recuperador

Res (kg/h) 500,00 Gascal (kg/h) 11.737,43 (t/año) 4.000,00 Tcal (°C) 180,00

Humedad (%) 10,00 Pter (kW) 592,33

PCI (kcal/kg) 7.221,10 Gas (kg/h) 1.927,38 Aire (kg/h) 13.207,32

T (°C) 600,00 T (°C) 20,00

Al (k /h) 70 00Al (kg/h) 70,00

Inertes (kg/h) 10,00 Humos (kg/h) 3.429,77Carbón (kg/h) 25,00 T (°C) 483,68

Gas (kg/h) 3.429,77

Aire (kg/h) 1.217,29 Tcal (°C) 180,00

T (°C) 20,00 Pter (kW) 173,08

Oxidación491 °C Recuperador

T ( C) 20,00 ter (kW) 173,08

Gas (kg/h) 3.144,68 Vapor (kg/h) 463,56

T (°C) 400,00 Al (kg/h) P (bar) 10,00

70

Ash (kg/h)( g )11

Figura 8: Modelo simple. Producción de vapor



PROCESO RECUPERACIÓN TÉRMICA DE METALES


Valorización energética fase condensable

GasL (kg/h) 111,09T (°C) 50,00

Agua (kg/h) 1.618,12 PCI (kcal/kg) 9.353,64 Pelec (kWh) 459,14

T (°C) 25,00

Gascal (kg/h) 399,92

Gass (kg/h) 241,5 Aire (kg/h) 288,83 Tcal (°C) 500,00T (°C) 550,00 Tcal (°C) 20,00 Ptre (kW) 61,85

Ts (°C) 20,00

Agua (kg/h) 1.750,95 Agua Enf (kg/h) 8.754,74 Gascal (kg/h) 7.424,54T (°C) 50,00 Te (°C) 15,00 Tcal (°C) 461,00

P 96 82 Gas (kg/h) 2 810 85

Lavado Motor

P (kW) 96,82 Gascom (kg/h) 2.810,85

Pelec (kW) 40,00 Tcom (°C) 1040,08 Pelec (kW) 294,63

HCC (kg/h) 132,83

Res (kg/h) 300 Aire (kg/h) 3 834 45 Gases (kg/h) 7 424 54

Pretratamiento Pirólisis550°C

Agua+

HCCCombustión

HCCCaldera

Res (kg/h) 300 Aire (kg/h) 3.834,45 Gases (kg/h) 7.424,54

Humedad (%) 10% Aire (kg/h) 4.613,69 Tcal (°C) 130,00

PCI (kcal/kg) 7.221,10 Gascom (kg/h) 1.156,43 T (°C) 20,00 Pter (kW) 253,82

T (°C) 1040,08

Gas (kg/h) 1.156,43 Al (kg/h) 42

T (°C) 782,94 Inertes (kg/h) 10,50 Pelec (kW) 33,24

Carbón (kg/h) 6,00 Hum (kg/h) 2.560,73

Aire (kg/h) 1.398,45 T (°C) 427,72

T (°C) 20,00

Gases (kg/h) 2.560,73

Al (kg/h) 42 Tcal (°C) 130,00

Gas (kg/h) 2.554,88 Pter (kW) 87,54

Oxidación491 °C

CalderaVapor

Figura 9: Modelo complejo. Producción de electricidad y calor. Vía combustión fracción liq.

T (°C) 400,00 Ash (kg/h) 10,65

Energía y Energía y ResiudosResiudosDimDim WaterWater SolutionsSolutions


Diagrama de flujo. Planta tratamiento gas de pirólisis Vía humedad

AguaRed

Máquina deRefrigeración

Condensador Convectivo

DeshumidificadorFiltroGasCrudo

Gas+H2O

GasGasl impio

Agua+

Tar ‐P

Agua+

HCCL

Tar‐L

SeparadorHidrocarburos

H2O HCCIntercambiador Fitrocéramico

Máquina deRefrigeración

HCC Tratamiento de aguas TanqueTar

Figura 10: Modelo complejo. Sistema de limpieza del gas de pirolisis.



Figura 11. Modelo complejo. Sistema de limpieza del gas de pirolisis.


DiDi

PROCESO RECUPERACIÓN TÉRMICA DE METALES Valorización energética fase condensable


GasL (kg/h) 111,09T (°C) 40,00

Agua (kg/h) 1.618,12 PCI (kcal/kg) 9.353,64 Pelec (kWh) 459,14

T (°C) 25,00

Gascal (kg/h) 399,92

Gass (kg/h) 241,5 Aire (kg/h) 288,83 Tcal (°C) 500,00Lavado Motor

s ( g ) ( g ) cal ( )T (°C) 550,00 Tcal (°C) 20,00 Ptre (kW) 61,85

Ts (°C) 20,00

Agua (kg/h) 1.750,95 Agua Enf (kg/h) 8.754,74 Gascal (kg/h) 713,47T (°C) 50,00 Te (°C) 15,00 Tcal (°C) 40,00

P (kW) 96,82 Gas (kg/h) 721,78

Pelec (kW) 40,00 Tcom (°C) 850,00 Pelec (kW) 472,88

Ag a

Gases (kg/h) 2.598,39Tcal (°C) 500,00Pter (kW) 401,84

Res (kg/h) 300 HCC (kg/h) 132,83

Humedad (%) 10% Aire (kg/h) 587,99 Ts (ºC) 20,00PCI (kcal/kg) 7.221,10 Vap (kg/h) 0,96 Agua enf (kg/h) 19.401,33

Te (°C) 15,00

TAR (k /h) 8 1 Ai (k /h) 1 8 6 62

Pretratamiento Pirólisis550°C

Agua+

HCCGasif icación

HCCMotor

TAR (kg/h) 8,17 Aire (kg/h) 1.876,62

Al (kg/h) 42 Ash (kg/h) 0,13 Tcal (°C) 25,00

Inertes (kg/h) 10,50 Ts (ºC) 500,00Carbón (kg/h) 6,00 Aire enf (kg/h) 620,47

Te (°C) 25,00Pter (kW) 82,25

Aire (kg/h) 62,42 Hum (kg/h) 145,00T (°C) 20,00 T (°C) 490,15

P

Oxidación491 °C

Pelec (kW) 2,28

Gas (kg/h) 76,58 Al (kg/h) 42

T (°C) 20,00

Ash (kg/h) 10,65

Gases (kg/h) 145,00Tcal (°C) 130,00

CalderaVapor

Figura 12: Modelo complejo. Producción de electricidad y calor. Vía gasificación fracción liq.

Pter (kW) 4,96



Figura 12: Modelo complejo. Producción de combustibles . Fracción gaseosa.


DiDi

ConclusionesConclusiones


ConclusionesConclusiones

11..-- LaLa pirolisispirolisis comocomo técnicatécnica dede tratamientotratamiento térmicotérmico garantizagarantiza unaunapp ggvíavía dede recuperaciónrecuperación dede materialesmateriales yy dede valorizaciónvalorización energéticaenergética dederesiduosresiduos..

22 LaLa pirolisispirolisis aunqueaunque eses unun procesoproceso endotérmicoendotérmico eses decirdecir22..-- LaLa pirolisispirolisis aunqueaunque eses unun procesoproceso endotérmico,endotérmico, eses decir,decir,necesitanecesita energíaenergía parapara susu desarrollo,desarrollo, puedepuede constituirconstituir unun procesoprocesoenergéticamenteenergéticamente sostenible,sostenible, sisi sese realizarealiza unauna valorizaciónvalorizaciónenergéticaenergética dede sussus efluentesefluentesenergéticaenergética dede sussus efluentesefluentes..

33..-- ExistenExisten trestres modelosmodelos básicobásico parapara elel tratamientotratamiento dede loslos efluentesefluentesdede esteeste procesoproceso.. LaLa aplicaciónaplicación dede unouno uu dede otrootro dependerádependerá dede laslas

éénecesidadesnecesidades energéticasenergéticas yy productosproductos aa conseguirconseguir enen cadacada casocaso ootipotipo dede industriaindustria..

4.- RETALRETAL eses elel resultadoresultado deldel trabajotrabajo dede ((I+D+iI+D+i)) deldel grupogrupo EnergyEnergyjj (( )) g pg p gygy&& WasteWaste TechTech..



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