Reciclaje terciario
Procesos > ► Reciclaje
Reciclaje químico o de materia prima (reciclaje terciario)
El reciclaje químico o de materia prima (reciclaje terciario) se define como el proceso que lleva a la despolimerización total a los monómeros, oa la despolimerización parcial a los oligómeros y otras sustancias químicas. Posteriormente, los monómeros podrían volver a polimerizarse para regenerar el polímero original. En otras palabras, el reciclaje químico es una tecnología avanzada que transforma los materiales plásticos en moléculas más pequeñas, en su mayoría líquidos o gases, aptos para su uso como materia prima a partir de monómeros, oligómeros o mezclas de otros compuestos de hidrocarburos, o como insumo para la producción de nuevos plásticos y petroquímicos mediante calor o agentes químicos. El término químico se usa porque ocurre un cambio en la estructura química del polímero. El producto final en el reciclaje químico es muy útil como combustible, lo cual ha sido probado científicamente. Utiliza una técnica llamada despolimerización, que puede ser muy rentable y beneficiosa desde el punto de vista de la sostenibilidad. El reciclaje terciario está atrayendo mucha atención debido a su posible uso como recurso energético. La termólisis es considerada como uno de los procesos más prometedores de reciclaje terciario, realizada a alta temperatura y en un ambiente no oxidativo. Además, convierte los desechos plásticos en productos químicos valiosos y en combustibles de varios estados y propósitos. La termólisis se lleva a cabo con o sin un catalizador. La ventaja del proceso catalítico son las temperaturas más bajas, la degradación más rápida de la materia prima y una composición fraccional más estrecha de los productos. ser regenerado. Si el material utilizado tiene valor energético, es decir, alto contenido de carbono e hidrógeno y bajo contenido de heteroátomos, se convierte en una valiosa materia prima para la producción de combustibles. En este sentido, el petróleo se considera la materia prima más atractiva y fácilmente refinada, ya que da combustibles convencionales como la gasolina para automóviles, el combustible para aviones y el diesel. Sin embargo, los productos deben cumplir una serie de normas estrictas especificadas en EN 228, EN 590, etc. Hay muchos métodos disponibles para el reciclaje químico, como el tratamiento químico directo que implica la gasificación, la fusión en un alto horno o en un horno de coque y la degradación por licuefacción. Para polímeros adicionales, las subcategorías de reciclaje químico son la gasificación, la pirólisis, la hidrogenación líquido-gas, el craqueo catalítico o con vapor y el uso de PSW como agente reductor en los altos hornos. Los polímeros de adición como las poliolefinas dan una mezcla que contiene numerosos componentes para usar como combustibles. Las subcategorías de reciclaje químico para polímeros de condensación son hidrólisis (ácida, alcalina y neutra), glucólisis, metanólisis, aminólisis, amonólisis, etc. Los polímeros de condensación, como el PET y el nailon, se degradan para preparar unidades de monómero, es decir, materia prima o reciclaje de monómero. El reciclaje terciario involucra los siguientes métodos: 1. Hidrogenación 2. Gasificación 3. Despolimerización química 4. Craqueo térmico 5. Craqueo catalítico y reformado 6. Fotodegradación 7. Degradación por ultrasonido 8. Degradación en reactor de microondas. Numerosos métodos de degradación para obtener productos petroquímicos están bajo investigación actualmente, y las condiciones adecuadas para la gasificación y pirólisis están bajo extensa investigación. Los residuos plásticos son una fuente importante para la recuperación de material y energía. Al mismo tiempo, existen considerables dificultades para garantizar una eliminación ambientalmente correcta y sostenible, principalmente debido a las altas cantidades a tratar y la diversidad de la naturaleza química de las diferentes familias de polímeros. Los procesos de conversión termoquímica de residuos plásticos tienen como objetivo la obtención de combustibles y productos químicos alternativos a los de origen fósil, con considerables ventajas para el medio ambiente, como por ejemplo, el ahorro de fuentes no renovables que se están agotando, la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera, la contención de la eliminación indiscriminada de residuos en vertederos. El reciclaje químico está representado por una serie de procesos químicos que descomponen el polímero en sus monómeros originales. Algunos plásticos (polímeros de policondensación), por su naturaleza química, se adaptan mejor a este tipo de tratamiento. El tereftalato de polietileno PET, las poliamidas PA -comúnmente identificadas con el término "nylon"- (p. ej., PA 6, PA 66) y los poliuretanos PUR se pueden despolimerizar eficazmente. Los procesos de descomposición química cambian según el reactor o el método utilizado para la despolimerización. Los procesos a través de los cuales es posible operar esta forma de recuperación de energía y materia son los tratamientos térmicos gracias a los cuales se produce el craqueo de las cadenas poliméricas.
Pirólisis
ruptura de moléculas por calentamiento al vacío para obtener una mezcla de hidrocarburos líquidos y gaseosos similar al petróleo. La pirólisis puede realizarse a baja temperatura (450-550°C), o a alta temperatura (650-850°C), y el producto de la misma puede mezclarse con crudo y luego volver al ciclo. Termólisis es el tratamiento por calor a temperatura controlada sin catalizadores. Los procesos de termólisis se pueden dividir en los siguientes: 1. Tratamiento termoquímico avanzado o pirólisis (craqueo térmico en atmósfera inerte) 2. Gasificación (en presencia subestequiométrica de aire, lo que suele conducir a la producción de CO y CO2) 3. Hidrogenación (hidrocraqueo). Los procesos de degradación térmica producen una serie de moléculas constitutivas, gases limpios combustibles con alto poder calorífico y/o energía a partir de una amplia variedad de flujos de biomasa y desechos basados en hidrocarburos sólidos. La reducción de los vertederos es una ventaja añadida. El contenido de hidrocarburos de los residuos se convierte en gas, que es adecuado para su uso en motores de gas, con la generación de electricidad asociada, o en aplicaciones de calderas sin necesidad de tratamiento de gases de combustión. Este gas normalmente tendrá un poder calorífico de 22 a 30 MJ m-3, según el material de desecho que se procese. El carbón sólido también se produce a partir del proceso, que contiene tanto carbono como el contenido mineral del material de alimentación original. El carbón puede procesarse aún más en el sitio para liberar el contenido de energía del carbono o utilizarse fuera del sitio en otros procesos térmicos. La pirólisis en la escala de microgramos sigue la iniciación aleatoria y la transferencia intermolecular, mientras que en la escala de miligramos sigue la transferencia intermolecular de átomos de hidrógeno a través de la abstracción por radicales libres como mecanismo de transferencia predominante para producir volátiles. La pirólisis proporciona una serie de ventajas, como (i) ventajas operativas, (ii) ventajas ambientales y (iii) beneficios financieros. La ventaja operativa es la utilización de la producción residual de carbón usado como combustible o como materia prima para otros procesos petroquímicos. Un beneficio operativo adicional de la pirólisis es que no requiere gas de combustión para limpiar el gas producido. Desde el punto de vista medioambiental, la pirólisis proporciona una alternativa al vertido y reduce las emisiones de GEI y CO2. Desde el punto de vista financiero, la pirólisis produce un combustible de alto poder calorífico que se puede comercializar fácilmente y utilizar en motores de gas para producir electricidad y calor. Los principales obstáculos que existen con la pirólisis son el manejo del char producido y el tratamiento del combustible final producido si se desean productos específicos. Además de esto, no existe una comprensión suficiente de las vías de reacción subyacentes para predecir la distribución cuantitativa de los productos completos.
Gasificación
Proceso a alta temperatura (800-1600°C) basado en el calentamiento en ausencia de aire con el que se produce una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que puede ser utilizada como combustible en centrales eléctricas, o para la síntesis de productos químicos como como metanol o puede ser útil en el procesamiento de otros materiales. En este proceso se utiliza aire como agente de gasificación, lo que añade una serie de ventajas, como la sencillez del proceso utilizando aire en lugar de O2 solo y la reducción de costes. La única desventaja asociada con esto es la presencia de N2 (inerte) en el aire, lo que provoca una reducción en el poder calorífico de los combustibles resultantes debido al efecto de dilución en los gases combustibles. Por lo tanto, se introduce vapor en una relación estequiométrica para reducir el N2 presente. Siempre se produce una cantidad significativa de carbón en la gasificación, que debe procesarse y/o quemarse más. Un proceso de gasificación ideal para PSW es aquel que puede producir un gas con alto poder calorífico, quemar completamente el carbón y separar fácilmente los metales de las cenizas, y no requiere instalaciones adicionales para reducir la contaminación del aire/agua]. Los primeros intentos de gasificación fueron para plásticos (PP, PVC y PET) para obtener gas combustible de alto poder calorífico, reportados en la década de 1970. La necesidad de combustibles alternativos llevó a la cogasificación de PSW con otros tipos de residuos, principalmente biomasa. Pinto y su grupo estudiaron la cogasificación en lecho fluidizado de PE, pino y carbón, y biomasa mezclada con PE. Xiao et al. cogasificó cinco tipos típicos de componentes orgánicos (madera, papel, basura de cocina, textiles y plástico (a saber, PE)) y tres tipos representativos de RSU simulados en un lecho fluidizado (400–800°C). Se determinó que el plástico debe gasificarse a temperaturas superiores a 500°C para alcanzar un poder calorífico inferior (LHV) de 10 000 kJ N-1.
Hidrogenación (Hidrocraqueo)
Tratamiento de degradación basado en hidrógeno y calor, en el que los polímeros se transforman en hidrocarburos líquidos. Los plásticos mixtos pueden ser sometidos a condiciones similares a las que sufre la nafta virgen en el craqueo para producir los distintos gases olefínicos (etileno, propileno, butadieno, etc.) a partir de los cuales se puede obtener nuevamente polietileno, polipropileno, PVC, caucho sintético.La hidrogenación por definición es la adición de hidrógeno por reacción química a través de operaciones unitarias. La principal tecnología aplicada en el reciclaje de PSW vía tecnología de hidrogenación es el proceso Veba. Basándose en la tecnología de licuefacción del carbón, Veba Oel AG convirtió el carbón mediante este proceso en nafta y gasóleo.
Quimiolisis
Que trabaja los materiales individuales de descarte con procesos que los transforman en materias primas de origen. - Glucólisis (o Alcohólisis), Metanólisis, Amonólisis: procesos de despolimerización mediante el uso de glicol tereftálico, metanol y amoníaco respectivamente como reactivos que desencadenan la despolimerización de polímeros de policondensación (PET, PA, PUR). La metanólisis y otras reacciones similares son procesos más específicos ya que no conducen a productos básicos sino a precursores intermedios. Sin embargo, sólo es aplicable a los polímeros de condensación que deben separarse previamente de otros plásticos. Entre los diversos procesos en estudio y experimentación, los de pirólisis parecen especialmente prometedores a nivel técnico y económico, sobre todo por el alto valor añadido de los productos de reacción y por la alta eficiencia de transformación en electricidad de las tecnologías que pueden ser utilizado aguas abajo. En particular, los procesos de pirólisis de residuos plásticos suficientemente homogéneos, como los procedentes de recogidas diferenciadas o de recogidas de residuos industriales, permiten que los productos obtenidos como materia prima sean utilizados en la industria petroquímica para la producción de mezclas de hidrocarburos o poliolefinas.
Otros esquemas de reciclaje de productos químicos
La extrusión degradante proporciona una solución de ingeniería óptima, especialmente a pequeña escala industrial (10 kg h − 1). Las ventajas de la extrusión degradativa son (i) lograr la descomposición molecular de los termoplásticos y, por lo tanto, los fundidos de polímeros de baja viscosidad y (ii) aplicar una combinación de esquemas de reciclaje mecánico y químico, lo que impulsa el proceso de degradación mediante la introducción de vapor, gas, oxígeno o catalizadores. si es necesario. Otras tecnologías ventajosas para el tratamiento químico incluyen el craqueo catalítico y al vapor. El concepto de ambos procesos es el empleo de vapor o un catalizador en una operación unitaria.