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BR102022006256A2 - SYSTEM FOR ENERGY EFFICIENT TRANSFORMATION OF VARIOUS PLASTIC WASTE INTO HYDROCARBONS, PROCESS FOR ENERGY EFFICIENT TRANSFORMATION OF VARIOUS PLASTIC WASTE INTO HYDROCARBONS, HYDROCARBONS, AND THEIR USES - Google Patents

SYSTEM FOR ENERGY EFFICIENT TRANSFORMATION OF VARIOUS PLASTIC WASTE INTO HYDROCARBONS, PROCESS FOR ENERGY EFFICIENT TRANSFORMATION OF VARIOUS PLASTIC WASTE INTO HYDROCARBONS, HYDROCARBONS, AND THEIR USES Download PDF

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Publication number
BR102022006256A2
BR102022006256A2 BR102022006256-0A BR102022006256A BR102022006256A2 BR 102022006256 A2 BR102022006256 A2 BR 102022006256A2 BR 102022006256 A BR102022006256 A BR 102022006256A BR 102022006256 A2 BR102022006256 A2 BR 102022006256A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
gas
hydrocarbons
reactor
furnace
recycled
Prior art date
Application number
BR102022006256-0A
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Carlos Mathias Aloysius Becker Neto
Ferdinando Demarchi Neto
Original Assignee
Valoren Recuperadora De Resíduos Ltda.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valoren Recuperadora De Resíduos Ltda. filed Critical Valoren Recuperadora De Resíduos Ltda.
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Priority to ES202390147A priority patent/ES2985682A2/en
Priority to CA3214255A priority patent/CA3214255A1/en
Priority to EP22778228.1A priority patent/EP4316639A1/en
Priority to US18/553,681 priority patent/US20240182793A1/en
Priority to PCT/BR2022/050117 priority patent/WO2022204776A1/en
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Priority to CONC2023/0014901A priority patent/CO2023014901A2/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/02Separating plastics from other materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/04Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of powdered coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/07Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/083Torrefaction

Landscapes

  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

A presente invenção refere-se um sistema e a um processo para transformação energeticamente eficiente de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos na forma líquida, pastosa, sólida e gasosa para aplicações em produtos na cadeia de valor da economia circular do plástico.

Figure 102022006256-0-abs
The present invention refers to a system and a process for energy-efficient transformation of varied plastic waste into hydrocarbons in liquid, pasty, solid and gaseous form for applications in products in the value chain of the circular economy of plastic.
Figure 102022006256-0-abs

Description

SISTEMA PARA TRANSFORMAÇÃO ENERGETICAMENTE EFICIENTE DE RESÍDUOS PLÁSTICOS VARIADOS EM HIDROCARBONETOS, PROCESSO PARA TRANSFORMAÇÃO ENERGETICAMENTE EFICIENTE DE RESÍDUOS PLÁSTICOS VARIADOS EM HIDROCARBONETOS, HIDROCARBONETOS, E SEUS USOSSYSTEM FOR ENERGY EFFICIENT TRANSFORMATION OF VARIOUS PLASTIC WASTE INTO HYDROCARBONS, PROCESS FOR ENERGY EFFICIENT TRANSFORMATION OF VARIOUS PLASTIC WASTE INTO HYDROCARBONS, HYDROCARBONS, AND THEIR USES CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION

[001] A presente invenção se insere no campo do processamento de resíduos, mais precisamente na área do reaproveitamento e conversão de resíduos materiais em produtos reciclados e descreve um sistema energeticamente eficiente e um processo para transformação de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos reciclados na forma líquida, pastosa, sólida e gasosa para utilização em diversas aplicações como substituto de produtos fósseis e não fósseis aplicados preferencialmente na economia circular da cadeia de plásticos, tais como, r-nafta como matéria-prima reciclada substituta de nafta fóssil como insumo da indústria petroquímica, r-hidrocarbonetos leves usados como substitutos de insumos químicos com origem fóssil, r-parafinas leves e pesadas para substituição de parafinas fósseis empregadas em uso industrial ou em uso de produtos de aplicação pessoal, r-negro de fumo reciclado para substituição de negro de fumo fóssil. Alguns subprodutos também podem ter outras aplicações, tal como produtos usados em aplicações na área energética como r-diesel, como substituto de diesel fóssil, r-gás residual reciclado para substituição de gases fósseis e energia elétrica advinda de fontes renováveis, além de outros r-hidrocarbonetos como matérias-primas reciclados aplicados na substituição de hidrocarbonetos sólidos.[001] The present invention is part of the field of waste processing, more precisely in the area of reuse and conversion of waste materials into recycled products and describes an energy efficient system and a process for transforming various plastic waste into recycled hydrocarbons in liquid form , pasty, solid and gaseous for use in various applications as a substitute for fossil and non-fossil products preferably applied in the circular economy of the plastics chain, such as, r-naphtha as a recycled raw material substitute for fossil naphtha as an input for the petrochemical industry, r-light hydrocarbons used as substitutes for chemical inputs of fossil origin, r-light and heavy paraffins to replace fossil paraffins used in industrial use or in use in personal application products, r-carbon black recycled to replace carbon black fossil. Some by-products may also have other applications, such as products used in applications in the energy area, such as r-diesel, as a substitute for fossil diesel, r-waste recycled gas to replace fossil gases and electricity from renewable sources, in addition to other r -hydrocarbons as recycled raw materials used to replace solid hydrocarbons.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOFUNDAMENTALS OF THE INVENTION

[002] A intensa geração de resíduos sólidos representa um dos maiores desafios da atualidade. Devido ao crescimento econômico e populacional e aos avanços tecnológicos, uma maior quantidade de resíduos é produzida e os recursos naturais se tornam cada vez mais escassos.[002] The intense generation of solid waste represents one of the greatest challenges today. Due to economic and population growth and technological advances, a greater amount of waste is produced and natural resources become increasingly scarce.

[003] Graças aos avanços tecnológicos, muitos produtos são descartados antes mesmo do fim de sua vida útil, o que aumenta a já expressiva carga de resíduos sólidos que deve ser manejada pelo poder público. Além disso, a acelerada e constante produção industrial de diferentes setores também tem gerado uma quantidade elevada de resíduos no Brasil e no mundo.[003] Thanks to technological advances, many products are discarded even before the end of their useful life, which increases the already significant load of solid waste that must be handled by the public authorities. In addition, the accelerated and constant industrial production of different sectors has also generated a high amount of waste in Brazil and in the world.

[004] Em paralelo, legislações mais severas, como a Política Nacional dos Resíduos Sólidos (PNRS), têm levado empresas a assumirem responsabilidades sobre as consequências ambientais de suas operações. Tais responsabilidades incluem o impacto ambiental provocado pelos resíduos gerados no processo produtivo.[004] In parallel, more severe legislation, such as the National Solid Waste Policy (PNRS), has led companies to assume responsibility for the environmental consequences of their operations. Such responsibilities include the environmental impact caused by waste generated in the production process.

[005] Dessa maneira, tendo em vista o constante crescimento populacional e o acelerado desenvolvimento dos setores industriais, torna-se necessário buscar soluções e inovações para o manejo e destinação final adequada dos resíduos sólidos gerados. A opção de se reutilizar resíduos como matéria-prima para outras indústrias pode ser uma possibilidade atraente, pois pode gerar redução de gastos financeiros e de impactos ambientais, além de aumento da cadeia produtiva com criação de novos postos de trabalho.[005] In this way, in view of the constant population growth and the accelerated development of the industrial sectors, it becomes necessary to seek solutions and innovations for the management and adequate final destination of the solid waste generated. The option of reusing waste as raw material for other industries can be an attractive possibility, as it can generate a reduction in financial expenses and environmental impacts, in addition to increasing the production chain with the creation of new jobs.

[006] Além disso, sabe-se que grande parte dos produtos que consumimos atualmente são feitos ou embalados em plástico: embalagens, brinquedos, móveis, tecidos e automóveis são apenas alguns exemplos. O uso do material revolucionou a indústria, mas também gerou um grande desafio para o planeta: o acúmulo de lixo plástico.[006] In addition, it is known that most of the products we currently consume are made or packaged in plastic: packaging, toys, furniture, fabrics and automobiles are just a few examples. The use of the material revolutionized the industry, but also created a major challenge for the planet: the accumulation of plastic waste.

[007] O reaproveitamento de resíduo plástico ainda apresenta um índice baixo quando comparado com o reaproveitamento dos resíduos metálicos. A reciclagem do plástico no Brasil gira em torno de 20%.[007] The reuse of plastic waste still has a low rate when compared to the reuse of metallic waste. Plastic recycling in Brazil is around 20%.

[008] Neste contexto, técnicas e estratégias são criadas com a finalidade de auxiliar o problema da geração e acúmulo dos resíduos. Empregar métodos de reaproveitamento do plástico é questão urgente para as indústrias que acreditam que um desenvolvimento sustentável é possível, buscando o equilíbrio entre o crescimento econômico e o respeito ao meio ambiente.[008] In this context, techniques and strategies are created in order to help the problem of generation and accumulation of waste. Employing plastic reuse methods is an urgent matter for industries that believe that sustainable development is possible, seeking a balance between economic growth and respect for the environment.

[009] Os processos de recuperação de resíduos plásticos atualmente disponíveis focam em plásticos rígidos puros, fazendo com que plásticos em forma de filmes, plásticos flexíveis, plásticos multicamadas ou os que possuam vários componentes em sua composição não tenham rotas de reciclagem economicamente viáveis. Torna-se, portanto, fundamental o desenvolvimento de tecnologias que permitam a valorização da matéria plástica flexível, multicamada ou multicomponentes através da transformação desses materiais em produtos que possuam qualidade de substituição aos tradicionais fósseis e valor econômico que justifiquem os custos empregados nessa transformação, fomentando assim a economia circular.[009] The currently available plastic waste recovery processes focus on pure rigid plastics, making plastics in the form of films, flexible plastics, multilayer plastics or those that have several components in their composition do not have economically viable recycling routes. It is, therefore, essential to develop technologies that allow the valuation of flexible, multilayer or multicomponent plastic material through the transformation of these materials into products that have a quality that replaces traditional fossils and economic value that justifies the costs used in this transformation, promoting thus the circular economy.

[010] Em geral, os processos de transformação do plástico desenvolvidos ou em desenvolvimento buscam produzir hidrocarbonetos com objetivo de geração de energia ou com objetivo de produção de óleos diversos ao invés da reinserção do produto como matéria-prima para empresas químicas. Alguns processos que buscaram produzir materiais, focaram na produção de insumos para as refinarias e não na produção de matéria-prima aplicável diretamente em processos de produção de produtos químicos.[010] In general, plastic transformation processes developed or under development seek to produce hydrocarbons with the aim of generating energy or with the aim of producing different oils instead of reinserting the product as a raw material for chemical companies. Some processes that sought to produce materials, focused on the production of inputs for refineries and not on the production of raw materials directly applicable in chemical production processes.

[011] Um desafio adicional importante a ser vencido é a viabilidade econômica dos processos de transformação de resíduos plásticos em produtos. Para atingir esta viabilidade é fundamental que os sistemas produtivos sejam eficientes, em particular no consumo energético e na capacidade de absorção de matérias primas com grande variabilidade e ainda assim entregar produtos que atendam especificações estritas.[011] An additional important challenge to be overcome is the economic feasibility of transforming plastic waste into products. To achieve this viability, it is essential that production systems are efficient, particularly in energy consumption and in the ability to absorb raw materials with great variability and still deliver products that meet strict specifications.

ESTADO DA TÉCNICASTATE OF THE TECHNIQUE

[012] Alguns documentos do estado da técnica descrevem maneiras de tratar resíduos plásticos para a geração de novos produtos, por exemplo:
O documento US 10131847 descreve um processo para o tratamento de resíduos de material plástico para fornecer pelo menos um produto combustível de acordo com as especificações. O material plástico é derretido em extrusora e carregado em reator de pirólise, que segue processo em bateladas, e possui uma atmosfera livre de oxigênio para degradar o material termicamente e formar, assim, gases de pirólise. Os gases de pirólise são trazidos em contato com as placas em um recipiente do contator, de modo que alguns componentes de gás de cadeia longa são condensados e retornam para ser novamente pirolisados para atingir a degradação térmica. Componentes de gás de cadeia curta saem do contator na forma gasosa e seguem para a destilação para fornecer um ou mais produtos combustíveis de acordo com as especificações. Um tubo liga diretamente a câmara de pirólise ao contator, sendo adequado para o transporte de gases de pirólise em movimento ascendente e fluxo descendente líquido de cadeia longa para degradação térmica. A seguir, o gás de pirólise passa por processo de destilação fracionada em várias etapas feito utilizando, dentre outros elementos, duas torres de destilação em série, sendo uma torre com a pressão atmosférica e outra à vácuo com elevado volume de recirculação de líquidos.
[012] Some state-of-the-art documents describe ways to treat plastic waste to generate new products, for example:
Document US 10131847 describes a process for treating waste plastic material to provide at least one combustible product according to specifications. The plastic material is melted in an extruder and loaded into a pyrolysis reactor, which follows a batch process, and has an oxygen-free atmosphere to thermally degrade the material and thus form pyrolysis gases. The pyrolysis gases are brought into contact with the plates in a contactor vessel, so that some long-chain gas components are condensed and returned to be pyrolyzed again to achieve thermal degradation. Short chain gas components exit the contactor in gaseous form and proceed to distillation to provide one or more fuel products according to specifications. A pipe directly connects the pyrolysis chamber to the contactor, and is suitable for transporting upstream pyrolysis gases and long-chain liquid downflow for thermal degradation. Next, the pyrolysis gas undergoes a multi-step fractional distillation process using, among other elements, two distillation towers in series, one tower with atmospheric pressure and the other vacuum with a high volume of liquid recirculation.

[013] Dessa forma, a presente invenção apresenta as seguintes vantagens quando comparado ao referido documento: i. Emprego de degradação termo-catalítica como forma de assegurar qualidade melhor do produto facilitando processo de fracionamento; ii. Processo utiliza bateladas estendidas e alimentação/produção contínua com descargas rápidas aumentando produtividade do reator e reduzindo incrustações; iii. Melhoria da qualidade das cinzas de carbono para atingir especificação de negro de fumo e carvão ativado; iv. Processo de fracionamento mais simples com menor capex sem requerer, por exemplo torre de destilação à vácuo, devido a melhor qualidade da corrente de gás de pirólise ao passar por processo de craqueamento termo-catalítico; vi. Eficiência energética mais elevada, reduzindo opex, por reaproveitamento de gases r-gás nos queimadores e elevada recirculação de gases de aquecimento.[013] Thus, the present invention has the following advantages when compared to said document: i. Use of thermo-catalytic degradation as a way to ensure better product quality by facilitating the fractionation process; ii. Process uses extended batches and continuous feeding/production with fast discharges, increasing reactor productivity and reducing incrustations; iii. Quality improvement of carbon ash to reach carbon black and activated carbon specification; iv. Simpler fractionation process with lower capex without requiring, for example, a vacuum distillation tower, due to the better quality of the pyrolysis gas stream when going through a thermo-catalytic cracking process; saw. Higher energy efficiency, reducing opex, by reusing gas r-gas in the burners and high recirculation of heating gases.

[014] O documento GB2158089 descreve um processo de tratamento de resíduos plásticos, que compreende as seguintes etapas: (a) fusão dos plásticos residuais, por ex. em óleo pesado; (b) aquecimento do fundido para produzir gás; (c) craqueamento do gás; (d) estabilização das moléculas; (e) arrefecimento do gás até aproximadamente a temperatura ambiente e recolhimento do líquido oleoso condensado durante o arrefecimento do gás; e (f) destilação fraccionada do líquido oleoso recebido da etapa (e) para obter óleo combustível de vários pontos de ebulição.[014] Document GB2158089 describes a process for treating plastic waste, which comprises the following steps: (a) melting of waste plastics, eg. in heavy oil; (b) heating the melt to produce gas; (c) gas cracking; (d) stabilizing the molecules; (e) cooling the gas to approximately ambient temperature and collecting the condensed oily liquid during gas cooling; and (f) fractional distillation of the oily liquid received from step (e) to obtain fuel oil of various boiling points.

[015] Assim, a presente invenção apresenta as seguintes vantagens quando comparado ao referido documento: i. Reator de craqueamento do presente depósito consegue produzir gás de pirólise sem necessitar de uma série de três reatores do documento GB 2158089; ii. Sistema de aquecimento da presente invenção transfere diretamente calor para o material de entrada sem requerer uso de óleo pesado que introduz maior complexidade no sistema de aquecimento e torna mais complexo o controle de contaminantes no produto final.[015] Thus, the present invention has the following advantages when compared to said document: i. Cracking reactor of the present deposit can produce pyrolysis gas without needing a series of three reactors of document GB 2158089; ii. Heating system of the present invention directly transfers heat to the input material without requiring the use of heavy oil which introduces greater complexity in the heating system and makes the control of contaminants in the final product more complex.

[016] O documento PI 0508115-7 descreve um processo e uma usina para a conversão termo-catalítica de materiais residuais em combustíveis reutilizáveis e um combustível produzido pelo processo, o qual envolve as etapas de aplicação do material residual fundido em uma ou mais câmaras de pirólise através de distribuidores aquecidos e de válvula, e a realização da pirólise do material residual em um estado gasoso em um ambiente com purga de oxigênio e com pressão controlada. Os gases pirolíticos são então transferidos a um conversor catalítico onde a estrutura molecular do material gasoso é alterada na estrutura e na forma, sendo que os gases são então transferidos a um ou mais condensadores para destilar e resfriar os gases em suas respectivas frações. Depois do tratamento pós-pirólise, as frações de combustível formam então um combustível utilizável, que é majoritariamente equivalente ao diesel com ponto final de ebulição de 348,5°C. Este inclui a fusão do material (de plástico) residual antes da aplicação em quaisquer das câmeras de pirólise, tornando o movimento do material na torre catalítica uma operação semicontínua, o direcionamento do material residual fundido em uma ou em mais, porém preferivelmente quatro, câmaras de pirólise, tornando cada câmera capaz de operar independentemente e em sistema de batelada. Opcionalmente, há a remoção mecânica do material carbonizado residual da câmara de pirólise através do uso de uma rosca helicoidal interna ou outros meios apropriados após a conclusão de uma batelada seguida de um ciclo de resfriamento da câmara de pirólise.[016] Document PI 0508115-7 describes a process and a plant for the thermo-catalytic conversion of waste materials into reusable fuels and a fuel produced by the process, which involves the steps of applying the molten waste material in one or more chambers pyrolysis through heated and valve manifolds, and performing pyrolysis of waste material in a gaseous state in an oxygen-purged, pressure-controlled environment. The pyrolytic gases are then transferred to a catalytic converter where the molecular structure of the gaseous material is altered in structure and shape, and the gases are then transferred to one or more condensers to distill and cool the gases into their respective fractions. After post-pyrolysis treatment, the fuel fractions then form usable fuel, which is mostly equivalent to diesel with a final boiling point of 348.5°C. This includes melting the waste (plastic) material before application into any of the pyrolysis chambers, making the movement of material in the catalytic tower a semi-continuous operation, directing the molten waste material into one or more, but preferably four, chambers of pyrolysis, making each camera capable of operating independently and in a batch system. Optionally, there is the mechanical removal of residual carbonized material from the pyrolysis chamber through the use of an internal helical screw or other appropriate means after the completion of a batch followed by a cooling cycle of the pyrolysis chamber.

[017] Dessa forma, a presente invenção apresenta as seguintes vantagens quando comparado ao referido documento: i. Operação semicontínua e contínua de cada câmara elevando substancialmente a produtividade de cada reator de pirólise, devido ao sistema alimentação de material e retirada de sólidos da câmara de pirólise serem dedicados a cada reator; ii. Valorização do produto cinzas de carbono, como negro de fumo ou carvão ativado usando o reator de torra; iii. Capacidade de produzir fração maior (acima de 50% em massa) de líquidos e hidrocarbonetos mais leves (ponto final de ebulição 220°C ou 310°C) seguindo especificações rigorosas pois este deposito emprega um sistema de refluxo na saída do reator e também um processo de catálise antes da corrente de óleo de pirólise entrar no sistema de fracionamento; iv. Menor consumo energético resultado de maior eficiência térmica através de recirculação de gases quentes de aquecimento e emprego do gás de síntese na produção de energia térmica, tornando-se o processo autossuficiente em energia térmica.[017] Thus, the present invention has the following advantages when compared to said document: i. Semi-continuous and continuous operation of each chamber substantially increasing the productivity of each pyrolysis reactor, due to the material feeding system and removal of solids from the pyrolysis chamber being dedicated to each reactor; ii. Valorization of the carbon ash product such as carbon black or activated carbon using the roasting reactor; iii. Ability to produce a larger fraction (above 50% by mass) of liquids and lighter hydrocarbons (boiling end point 220°C or 310°C) following strict specifications as this deposit employs a reflux system at the reactor outlet and also a catalysis process before the pyrolysis oil stream enters the fractionation system; iv. Lower energy consumption resulting from greater thermal efficiency through the recirculation of hot heating gases and the use of synthesis gas in the production of thermal energy, making the process self-sufficient in thermal energy.

[018] O documento EP3311969A1 refere-se a um dispositivo para decomposição térmica de resíduos de polietileno e polipropileno. O dispositivo descrito por esta anterioridade usa, pelo menos dois reatores conectados em paralelo, sendo que um deles ou ambos usam um forno removível. Além disso, o dispositivo também usa: uma unidade de fraccionamento das matérias-primas poliméricas, que se apresentam na forma de uma mistura de vapor-gás, que consiste em trocador de calor; um tanque coletor de hidrocarbonetos com caldeira para acúmulo e reaquecimento do volume interno; um desparafinador; uma coluna de retificação para separar as frações de diesel e gasolina e uma caldeira; um trocador de calor tubular. Este processo também utiliza catalisadores metálicos de titânio em forma de tirar são instalados dentro dos tubos/passagens dos trocadores de calor.[018] Document EP3311969A1 refers to a device for thermal decomposition of polyethylene and polypropylene waste. The device described by this prior art uses at least two reactors connected in parallel, one or both of which use a removable furnace. In addition, the device also uses: a fractionation unit for polymeric raw materials, which are in the form of a steam-gas mixture, which consists of a heat exchanger; a hydrocarbon collection tank with a boiler for accumulating and reheating the internal volume; a dewaxer; a rectification column to separate the diesel and gasoline fractions and a boiler; a tubular heat exchanger. This process also uses strip-shaped titanium metal catalysts that are installed inside the tubes/passages of the heat exchangers.

[019] Entretanto, verifica-se que o foco de tal documento é para a geração de combustíveis motores (gasolina, diesel), óleo de queima, gás de hidrocarbonetos e coque/char. Não obstante, a presente invenção possui as seguintes vantagens quando comparado ao referido documento: i. Gases de saída do reator de pirólise passam por refluxo para evitar que moléculas com muitos carbonos passem para o sistema de condensação, e com isto poderá gerar que de produtividade por entupimentos e incrustações, mesmo que sistema use catalizadores e "dewaxing" como forma de craquear as moléculas de hidrocarbonetos para o tamanho requerido e assim evitar; ii. Processo contínuo; na presente invenção não há estoques intermediários de material em processo tal como um reservatório aquecido por caldeira, e assim é mais eficiente energeticamente e permite maior estabilidade do processo resultando em melhor qualidade do produto; iii. Sistema de fracionamento mais simples e menos custoso por uso de processo termo-catalítico seguido de refluxo e catálise adicional antes de iniciar etapa de fracionamento; iv. Aproveitamento melhor do feedstock completo uma vez que as cinzas de carbono são tratadas por reator de torra específico. O referido documento também apresenta duas versões para o reator de pirólise. Na versão 1 ("periodic mode implementation") os autores detalham de forma precisa um processo que alterna dois reatores produzindo gases de pirólise para serem processados a jusante do sistema proposto. Nesta versão 1 os reatores são parados, resfriados, limpos e recarregados alternadamente, tendo assim sempre um reator produzindo gases de pirólise, e outro parado. Na versão 2 ( "continuous mode implementation") os autores descrevem de forma muito ampla sem evidenciar nem os componentes do sistema nem como o sistema de alimentação e produção contínua efetivamente opera para assegurar o funcionamento contínuo e seguro dos reatores. Neste caso, a presente invenção é mais produtiva pois descreve em detalhes um sistema de alimentação que permite operação dos reatores de pirólise em processo de batelada estendida e também em processo de operação continua assegurando maior produtividade e assim economicidade para o sistema.[019] However, it appears that the focus of such document is for the generation of motor fuels (gasoline, diesel), burning oil, hydrocarbon gas and coke/char. Nevertheless, the present invention has the following advantages when compared to said document: i. Exhaust gases from the pyrolysis reactor undergo reflux to prevent molecules with many carbons from passing to the condensation system, and with this, it could generate that of productivity due to clogging and encrustations, even if the system uses catalysts and "dewaxing" as a way of cracking the hydrocarbon molecules to the required size and thus avoid; ii. Continuos process; in the present invention there are no intermediate stocks of material in process such as a reservoir heated by a boiler, and thus it is more energy efficient and allows greater process stability resulting in better product quality; iii. Simpler and less expensive fractionation system by using a thermo-catalytic process followed by reflux and additional catalysis before starting the fractionation step; iv. Better use of the complete feedstock since the carbon ashes are treated by a specific roasting reactor. Said document also presents two versions for the pyrolysis reactor. In version 1 ("periodic mode implementation") the authors precisely detail a process that alternates two reactors producing pyrolysis gases to be processed downstream of the proposed system. In this version 1, the reactors are stopped, cooled, cleaned and recharged alternately, thus always having a reactor producing pyrolysis gases, and another one stopped. In version 2 ("continuous mode implementation") the authors describe very broadly without showing either the components of the system or how the feeding and continuous production system effectively operates to ensure the continuous and safe operation of the reactors. In this case, the present invention is more productive because it describes in detail a feeding system that allows operation of the pyrolysis reactors in an extended batch process and also in a continuous operation process, ensuring greater productivity and thus economy for the system.

[020] O documento BR 112021000086-0 A2 descreve um processo de uma usina para a conversão termo-catalítica que emprega hidrogenação catalítica de materiais residuais em combustíveis reutilizáveis. Além disso, tal documento propõe a reutilização da energia obtida no método para que o método seja autossuficiente em termos de energia, para o método usar apenas uma quantidade limitada de produtos petrolíferos extraídos, reduzindo assim as potenciais emissões de CO2 produzidas pelo homem.[020] Document BR 112021000086-0 A2 describes a process of a plant for thermo-catalytic conversion that employs catalytic hydrogenation of waste materials into reusable fuels. In addition, this document proposes the reuse of energy obtained in the method so that the method is self-sufficient in terms of energy, for the method to use only a limited amount of extracted petroleum products, thus reducing potential man-made CO2 emissions.

[021] Mesmo assim, a presente invenção apresenta as seguintes vantagens quando comparada ao referido documento: i. não emprega processo de hidrogenação da corrente de gás de pirólise, o que requer injeção de hidrogênio industrial que aumenta custo de produção. A presente invenção, devido as características do conjunto reator-refluxo, parâmetros de processo e emprego de catalisadores, atinge as especificações de produto com elevado rendimento sem requerer a etapa de hidrogenação; ii. Não há descrição ou especificação detalhada do sistema de alimentação e retirada de sólidos do reator, que são partes fundamentais para assegurar produtividade e qualidade do produto que sai do craqueamento primário, e que determina a necessidade de sistemas de tratamento e fracionamento a jusante. Quanto mais bruto e instável o produto do reator primário de craqueamento mais complexo e custoso é o tratamento e fracionamento requerido para se obter produtos de hidrocarbonetos; iii. O documento em questão não possui etapa em seu processo para tratar as cinzas de carbono da saída do reator primário para atingir especificação de uso como produto seja como negro de fumo ou como carvão ativado. A valorização deste produto é importante para a economicidade do processo; iv. Outra parte importante da economicidade do processo é o aproveitamento máximo dos gases de síntese formados durante o craqueamento para geração de energia térmica para o processo. O referido documento não especifica o sistema de reaproveitamento de tais gases e tão pouco o sistema de recuperação de gases quentes para reduzir o consumo de energia térmica e assim tornar o processo autossuficiente energeticamente.[021] Even so, the present invention has the following advantages when compared to said document: i. does not use a hydrogenation process for the pyrolysis gas stream, which requires industrial hydrogen injection, which increases production costs. The present invention, due to the characteristics of the reactor-reflux set, process parameters and use of catalysts, reaches the product specifications with high yield without requiring the hydrogenation step; ii. There is no detailed description or specification of the system for feeding and removing solids from the reactor, which are fundamental parts to ensure productivity and quality of the product that comes out of the primary cracking, and which determines the need for downstream treatment and fractionation systems. The more crude and unstable the primary cracking reactor product is, the more complex and costly the treatment and fractionation required to obtain hydrocarbon products; iii. The document in question does not have a step in its process to treat the carbon ash from the output of the primary reactor to reach specification for use as a product either as carbon black or as activated carbon. Valuing this product is important for the economy of the process; iv. Another important part of the economy of the process is the maximum use of the synthesis gases formed during cracking to generate thermal energy for the process. That document does not specify the system for reusing such gases, nor the system for recovering hot gases to reduce the consumption of thermal energy and thus make the process energy self-sufficient.

[022] O documento WO2021/209276 A1 descreve um processo e uma usina para a conversão térmica que não requer uso de catalisadores para transformação de materiais residuais em combustíveis reutilizáveis. Adicionalmente, tal documento fornece um processo de pirólise para obtenção de produtos petroquímicos a partir de resíduos plásticos, particularmente baseado no uso de reagentes à base de nanopartículas de carbono, ao invés do uso de catalisadores, em que temperatura, pressão e energia mais baixas são utilizadas para obter melhores resultados.[022] Document WO2021/209276 A1 describes a process and a plant for thermal conversion that does not require the use of catalysts to transform waste materials into reusable fuels. Additionally, this document provides a pyrolysis process for obtaining petrochemical products from plastic waste, particularly based on the use of reagents based on carbon nanoparticles, instead of the use of catalysts, in which lower temperature, pressure and energy are used for best results.

[023] Deste modo, a presente invenção apresenta as seguintes vantagens quando comparado ao referido documento: i. Não emprega como reagente nano-elementos de carbono, que por serem reagentes e não catalisadores acabam por ser consumidos no processo de craqueamento o que requererá sua compra constante para uso, o que gera custo para o processo; ii. Os autores do referido documento descrevem de forma muito ampla sem evidenciar nem os componentes do sistema nem como o sistema de alimentação e produção contínua efetivamente opera para assegurar o funcionamento contínuo e seguro dos reatores. Neste caso, a presente invenção é mais produtiva pois descreve em detalhes um sistema de alimentação que permite operação dos reatores de pirólise em processo de batelada estendida e também em processo de operação continua assegurando maior produtividade e assim economicidade para o sistema; iii. O documento em questão emprega gás industrial (gás natural) comprado no mercado como fonte de energia térmica, o que torna o processo muito custoso, uma vez que não reaproveita o gás de síntese gerado pelo próprio processo de craqueamento como fonte de energia térmica. A utilização eficiente deste gás é determinante para a economicidade do processo.[023] Thus, the present invention has the following advantages when compared to said document: i. It does not use carbon nanoelements as reagents, which, as they are reagents and not catalysts, end up being consumed in the cracking process, which will require their constant purchase for use, which generates costs for the process; ii. The authors of that document describe very broadly without showing either the components of the system or how the continuous feeding and production system effectively operates to ensure the continuous and safe operation of the reactors. In this case, the present invention is more productive because it describes in detail a feeding system that allows operation of the pyrolysis reactors in an extended batch process and also in a continuous operation process, ensuring greater productivity and thus economy for the system; iii. The document in question uses industrial gas (natural gas) purchased on the market as a source of thermal energy, which makes the process very costly, since it does not reuse the synthesis gas generated by the cracking process itself as a source of thermal energy. The efficient use of this gas is crucial for the economy of the process.

[024] Portanto, o sistema proposto na presente invenção apresenta algumas vantagens em relação ao estado da técnica, tais como: (i) Alto rendimento para produto petroquímico do tipo nafta equivalente a "R-nafta"(densidade abaixo de 0,78 kg/l); (ii) Processo mais simples com capex mais baixo e alta modularidade (muito mais simples no downstream); (iii) Alta eficiência energética usando recirculação de ar quente e gás de combustão como combustível principal; (iv) evita o uso de gás de purga específico (N2 puro), uma vez que dificultaria a eficiência do reaproveitamento energético do gás residual; (v) batelada estendida e também possibilidade de processamento contínuo para otimizar a produtividade do reator; (vi) é capaz de absorver grande variedade de resíduos plásticos diferentes e mesmo assim entregar produtos finais que atenda especificações bastante estritas. Além disso, é focado na produção de produtos que podem ser reinseridos na economia circular da cadeia plástica. Um dos produtos produzidos pelo sistema e processo da presente invenção é do mais alto rendimento possível do tipo nafta equivalente "R-nafta" com especificações rígidas (densidade abaixo de 0,78 kg/l) e sem a presença de ceras, a partir de resíduos de plásticos variados (flexível, multicamada e multicomponentes).[024] Therefore, the system proposed in the present invention has some advantages over the state of the art, such as: (i) High yield for naphtha-type petrochemical product equivalent to "R-naphtha" (density below 0.78 kg /l); (ii) Simpler process with lower capex and high modularity (much simpler downstream); (iii) High energy efficiency using hot air recirculation and flue gas as main fuel; (iv) it avoids the use of specific purge gas (pure N2), since it would hinder the efficient energy reuse of the residual gas; (v) extended batch and also possibility of continuous processing to optimize reactor productivity; (vi) it is capable of absorbing a wide variety of different plastic wastes and still delivering end products that meet very strict specifications. In addition, it is focused on the production of products that can be reinserted into the circular economy of the plastic chain. One of the products produced by the system and process of the present invention is the highest possible yield of the equivalent naphtha type "R-naphtha" with strict specifications (density below 0.78 kg/l) and without the presence of waxes, from assorted plastic waste (flexible, multilayer and multicomponent).

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[025] A presente invenção tem como objetivo propor um sistema e um processo para transformação energeticamente eficiente de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos na forma líquida, pastosa, sólida e gasosa para utilização em diversas aplicações, como substituto de produtos fósseis e não fósseis aplicados preferencialmente na economia circular da cadeia de plásticos e química, tais como, r-nafta (predominantemente de 6 a 14 carbonos) como matéria-prima reciclada substituta de nafta fóssil como insumo da indústria petroquímica, r-hidrocarbonetos leves (de 5 a 11 carbonos) usados como substitutos de insumos químicos com origem fóssil, r-parafinas leves e pesadas (de 20 a 24 carbonos) para substituição de parafinas fósseis empregadas em uso industrial ou em uso de produtos de aplicação pessoal, r-negro de fumo reciclado ou r-carvão ativado (cinzas de carbono tratadas) para substituição de negro de fumo fóssil. Alguns subprodutos também podem ter outras aplicações, tal como produtos usados em aplicações na área energética como r-diesel (de 12 a 20 carbonos), como substituto de diesel fóssil, r-gás residual reciclado (de 1 a 4 carbonos) para substituição de gases fósseis e energia elétrica advinda de fontes renováveis, além de outros r-hidrocarbonetos como matérias-primas reciclados aplicados na substituição de hidrocarbonetos sólidos.[025] The present invention aims to propose a system and a process for energy-efficient transformation of various plastic waste into hydrocarbons in liquid, pasty, solid and gaseous form for use in various applications, as a substitute for fossil and non-fossil products preferably applied in the circular economy of the plastics and chemical chain, such as r-naphtha (predominantly from 6 to 14 carbons) as a recycled raw material to substitute fossil naphtha as an input for the petrochemical industry, light r-hydrocarbons (from 5 to 11 carbons) used as a substitute for fossil-based chemical inputs, light and heavy r-paraffins (from 20 to 24 carbons) to replace fossil paraffins used in industrial use or in use in personal application products, r-recycled carbon black or r- Activated carbon (treated carbon ash) to replace fossil carbon black. Some by-products may also have other applications, such as products used in energy applications such as r-diesel (from 12 to 20 carbons) as a substitute for fossil diesel, recycled residual r-gas (from 1 to 4 carbons) to replace fossil gases and electricity from renewable sources, in addition to other r-hydrocarbons such as recycled raw materials used to replace solid hydrocarbons.

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURABRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURE

[026] A Figura 1 mostra um esquema geral do sistema proposto na presente invenção.[026] Figure 1 shows a general scheme of the system proposed in the present invention.

[027] A Figura 2 mostra uma vista lateral do reator principal (7) utilizado na presente invenção.[027] Figure 2 shows a side view of the main reactor (7) used in the present invention.

[028] A Figura 3 mostra uma vista lateral da torre de refluxo (8) utilizada na presente invenção.[028] Figure 3 shows a side view of the reflux tower (8) used in the present invention.

[029] A Figura 4 mostra graficamente a produção por batelada estendida com ciclos de produção de 15 a 30 horas, evidenciando a relação gás x líquido em relação à produção geral de um reator principal (7) operando individualmente.[029] Figure 4 graphically shows the extended batch production with production cycles of 15 to 30 hours, showing the gas x liquid ratio in relation to the general production of a main reactor (7) operating individually.

[030] A Figura 5 mostra graficamente a produção por batelada estendida com ciclos de produção de 15 a 30 horas, evidenciando a produção combinada de 3 reatores principais (7) operando em conjunto. A linha superior mostra produção total de hidrocarbonetos e a linha inferior mostra a produção de óleo (líquidos e parafina).[030] Figure 5 graphically shows the extended batch production with production cycles of 15 to 30 hours, showing the combined production of 3 main reactors (7) operating together. The top line shows total hydrocarbon production and the bottom line shows oil production (liquids and paraffin).

[031] A Figura 6 mostra um esquema geral do sistema detalhando o exemplo de concretização da invenção considerando o balanço de massa e energia para planta com três reatores operando em conjunto com o horizonte de um ano de operação.[031] Figure 6 shows a general scheme of the system detailing the example of implementation of the invention considering the mass and energy balance for a plant with three reactors operating together with a horizon of one year of operation.

[032] A Figura 7 mostra um gráfico da massa acumulada destilada versus a temperatura, apresentando dados empíricos que evidenciam a mudança nas curvas de destilação dos diferentes produtos ao terem sido submetidos a três cenários diferentes: sem catalisador, com Catalisador C e Catalisador F.[032] Figure 7 shows a graph of the accumulated distilled mass versus temperature, presenting empirical data that show the change in the distillation curves of the different products when subjected to three different scenarios: without catalyst, with Catalyst C and Catalyst F.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[033] A presente invenção refere-se a um sistema de transformação energeticamente eficiente de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos na forma líquida, pastosa, sólida e gasosa para aplicação em produtos na cadeia de valor da economia circular do plástico e química. O referido sistema, conforme representado pela Figura 1, compreende os seguintes componentes:
• Módulo de alimentação;

  • - sistema de preparação de material (1);
  • - silo de armazenagem (2);
  • - rosca alimentadora e dosadora (3);
  • - medidor de fluxo de sólido (33);
  • - dosador de catalisador (36);
  • - compactador (4);
  • - rosca de fusão (5);
  • - trocador de calor (6);
  • - ventilador rosca de fusão (19);
• Módulo de Reação;
  • - reator principal (7);
  • - medidor de nível (34);
  • - queimador e fornalha (18);
  • - torre de refluxo (8);
  • - ventilador de refluxo (22);
  • - trocador de calor (26);
• Módulo de Condensação/Separação;
  • - torre de catálise (9);
  • - sistema de condensação (10);
  • - trocadores de calor (11a e 11b);
  • - torre de resfriamento de água (23);
  • - bomba sistema de resfriamento geral (30);
  • - chiller (31);
  • - bomba sistema de refrigeração (32);
• Módulo de Exaustão/r-gás residual;
  • - lavador de gases (bubbler) (12);
  • - compressor de baixa pressão (13);
  • - trocador de calor recuperador (14);
  • - tanques de gás de síntese (r-gás residual) (16);
  • - tanques de GLP (17);
  • - gerador de energia elétrica (24);
  • - flare (25);

• Módulo de Descarga;
  • - válvula de controle de descarga (35);
  • - reator de torra (15);
  • - queimador e fornalha do reator de torra (20);
  • - ventilador da torre de catálise (21);
  • - rosca de retirada do reator de torra (27);
  • - resfriador de cinzas de carbono (28);
  • - rosca de selagem (29).
[033] The present invention relates to an energy efficient transformation system of varied plastic waste into hydrocarbons in liquid, pasty, solid and gaseous form for application in products in the value chain of the circular economy of plastic and chemistry. Said system, as represented by Figure 1, comprises the following components:
• Power module;
  • - material preparation system (1);
  • - storage silo (2);
  • - feeding and dosing screw (3);
  • - solid flow meter (33);
  • - catalyst doser (36);
  • - compactor (4);
  • - fusion thread (5);
  • - heat exchanger (6);
  • - fusion screw fan (19);
• Reaction Module;
  • - main reactor (7);
  • - level meter (34);
  • - burner and furnace (18);
  • - reflux tower (8);
  • - reflux fan (22);
  • - heat exchanger (26);
• Condensation/Separation Module;
  • - catalysis tower (9);
  • - condensation system (10);
  • - heat exchangers (11a and 11b);
  • - water cooling tower (23);
  • - general cooling system pump (30);
  • - chiller (31);
  • - cooling system pump (32);
• Exhaust Module/residual r-gas;
  • - gas scrubber (bubbler) (12);
  • - low pressure compressor (13);
  • - recovery heat exchanger (14);
  • - synthesis gas tanks (r-residual gas) (16);
  • - LPG tanks (17);
  • - electric power generator (24);
  • - flare (25);

• Download Module;
  • - discharge control valve (35);
  • - roasting reactor (15);
  • - burner and furnace of the roasting reactor (20);
  • - catalysis tower fan (21);
  • - roasting reactor removal thread (27);
  • - carbon ash cooler (28);
  • - sealing thread (29).

[034] Em uma segunda modalidade, a presente invenção refere-se a um processo para transformação energeticamente eficiente de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos líquidos utilizando o sistema previamente descrito. O referido processo compreendendo as seguintes etapas:

  • (a) Preparação do material com retirada e controle de contaminantes, e retirada de água;
  • (b) Homogeneização e alimentação do material no reator de pirólise;
  • (c) Reação de pirólise;
  • (d) Tratamento, condensação e separação de hidrocarbonetos produzidos;
  • (e) Tratamento e armazenagem de gás de síntese;
  • (f) Utilização do gás de síntese armazenado para aquecimento dos reatores principal e secundário e geração de energia elétrica e térmica;
  • (g) Reaproveitamento térmico e exaustão de gases queimados; e
  • (h) Retirada e tratamento das cinzas de carbono.
[034] In a second embodiment, the present invention relates to a process for energy-efficient transformation of various plastic waste into liquid hydrocarbons using the previously described system. Said process comprising the following steps:
  • (a) Preparation of material with removal and control of contaminants, and removal of water;
  • (b) Homogenization and feeding of the material in the pyrolysis reactor;
  • (c) Pyrolysis reaction;
  • (d) Treatment, condensation and separation of produced hydrocarbons;
  • (e) Syngas treatment and storage;
  • (f) Use of stored synthesis gas to heat the main and secondary reactors and generate electrical and thermal energy;
  • (g) Thermal reuse and exhaustion of burnt gases; and
  • (h) Removal and treatment of carbon ash.

[035] O funcionamento do sistema e do processo de transformação serão mais bem detalhados a seguir.[035] The operation of the system and the transformation process will be detailed below.

[036] Primeiramente o material é preparado (1), através de processamento mecânico e químico, com o objetivo de retirada de principais contaminantes para atender a especificação final dos produtos e retirada de água para otimização do processamento. Tais materiais são provenientes de aterro ou materiais reciclados. Além de retirar os contaminantes, procedimentos como trituração e moagem visam a diminuição do tamanho das partículas a cerca de 1 polegada para facilitar a lavagem. Adicionalmente, procedimentos com separação e aglutinação visam o aumento da densidade das partículas. As principais etapas da fase de preparação dos seus respectivos objetivos variam de acordo com a origem do material plástico recebido e com os limites aceitáveis de contaminação no produto final, no entanto, podem ser compostas das seguintes etapas em sua forma mais extensa:

  • a.1 Peneiração separadora de finos, equivalente a uma peneira rotativa tipo trommel;
  • a.2 Linha de separação manual para retirada de tecidos e volumosos;
  • a.3 Separação magnética para retirada de material ferroso magnético;
  • a.4 Trituração para atingir granulometria máxima de 250mm;
  • a.5 Retirada de plásticos (filmes) por sucção;
  • a.6 Moagem obtenção de partículas com dimensão máxima de 25mm;
  • a.7 Lavagem com banho de solução para retirada de contaminantes tais como clorados, oxigenados e silício;
  • a.8 Secagem em centrifuga para eliminação de impurezas residuais e secagem inicial;
  • a.9 Aglutinação para secagem final do material e aumento da densidade aparente; e
  • a.10 Estocagem e transporte.
[036] First, the material is prepared (1), through mechanical and chemical processing, with the objective of removing the main contaminants to meet the final specification of the products and removing water to optimize the processing. Such materials come from landfill or recycled materials. In addition to removing contaminants, procedures such as grinding and milling aim to decrease the particle size to about 1 inch to facilitate washing. Additionally, procedures with separation and agglutination aim to increase the density of the particles. The main stages of the preparation phase of their respective objectives vary according to the origin of the plastic material received and the acceptable limits of contamination in the final product, however, they can be composed of the following stages in their most extensive form:
  • a.1 Fine separating sieve, equivalent to a rotating trommel sieve;
  • a.2 Manual separation line for removal of tissues and bulky items;
  • a.3 Magnetic separation to remove magnetic ferrous material;
  • a.4 Grinding to reach a maximum granulometry of 250mm;
  • a.5 Removal of plastics (films) by suction;
  • a.6 Grinding obtaining particles with a maximum dimension of 25mm;
  • a.7 Washing with solution bath to remove contaminants such as chlorinated, oxygenated and silicon;
  • a.8 Centrifuge drying to eliminate residual impurities and initial drying;
  • a.9 Agglutination for final drying of the material and increase in apparent density; and
  • a.10 Storage and transport.

[037] Como resultado da etapa da preparação (1), o material que segue para as etapas seguintes deve ter suas características monitoradas de forma que possa atender as seguintes especificações:

  • - Teor máximo de humidade 5%;
  • - Densidade aparente entre 200 kg/m3 e 450 kg/m3;
  • - Tamanho máximo de partícula 25mm;
  • - Máximo de 300 ppm-m de cloretos totais;
  • - Máximo de 1100 ppb-m de oxigenados totais;
  • - Máximo de 300 ppb-m de nitrogenados;
  • - Máximo de 500 ppb-m de enxofre total;
  • - Máximo de 15 ppm-m de arsênio;
  • - Máximo de 50 ppm-m de cobre;
  • - Máximo de 5 ppm-m de mercúrio;
  • - Máximo de 5000 ppm-m de sódio;
  • - Máximo de 150 ppm-m de chumbo; e
  • - Máximo de 1100 ppm-m de silício.
[037] As a result of the preparation step (1), the material that goes on to the next steps must have its characteristics monitored so that it can meet the following specifications:
  • - Maximum moisture content 5%;
  • - Apparent density between 200 kg/m3 and 450 kg/m3;
  • - Maximum particle size 25mm;
  • - Maximum of 300 ppm-m of total chlorides;
  • - Maximum of 1100 ppb-m of total oxygenates;
  • - Maximum of 300 ppb-m of nitrogenous;
  • - Maximum of 500 ppb-m of total sulfur;
  • - Maximum of 15 ppm-m of arsenic;
  • - Maximum of 50 ppm-m of copper;
  • - Maximum of 5 ppm-m of mercury;
  • - Maximum of 5000 ppm-m of sodium;
  • - Maximum of 150 ppm-m of lead; and
  • - Maximum 1100 ppm-m of silicon.

[038] Estas especificações de limites aceitáveis podem ser alteradas de acordo com a aplicação dos produtos finais.[038] These specifications of acceptable limits can be changed according to the application of the final products.

[039] Da linha de preparação, a matéria-prima é enviada a um silo de armazenagem de cerca de 3 m3 (2) que tem por objetivo assegurar homogeneidade do material, além de alimentação contínua sempre à medida que o sistema de alimentação do reator demanda material.[039] From the preparation line, the raw material is sent to a storage silo of about 3 m3 (2) which aims to ensure homogeneity of the material, in addition to continuous feeding always as the reactor feeding system material demand.

[040] No momento em que o silo de armazenagem (2) estiver cheio, a alimentação é iniciada. Após deixar o silo de armazenagem (2) a matéria-prima passará por uma rosca alimentadora e dosadora (3) que uniformiza o fluxo de material plástico retirado do silo (2) e através de controle que combina a leitura no medidor de fluxo de sólido (33) com a dosagem feita pelo dosador de catalisador (36) permite que o catalisador seja adicionado de forma precisa ao entrar no compactador (4) numa taxa entre 0,1% e 10% em massa em função da entrada de matéria-prima. Este controle de dosagem é feito pelo ajuste contínuo entre a massa alimentada de material plástico que é medida pelo medidor de volume (33) e pelo volume de catalisador introduzido pelo dosador de catalisador (36) . Os parâmetros de controle são dados de acordo com material a ser processado e especificação/rendimento do produto desejado.[040] When the storage silo (2) is full, feeding starts. After leaving the storage silo (2), the raw material will pass through a feeder and dosing screw (3) that standardizes the flow of plastic material removed from the silo (2) and through a control that combines the reading on the solid flow meter (33) with the dosage made by the catalyst doser (36) allows the catalyst to be added precisely when entering the compactor (4) at a rate between 0.1% and 10% by mass depending on the input of raw material . This dosage control is carried out by continuous adjustment between the fed mass of plastic material which is measured by the volume meter (33) and the volume of catalyst introduced by the catalyst doser (36). The control parameters are given according to the material to be processed and specification/yield of the desired product.

[041] O catalisador tem como objetivo aumentar a velocidade de quebra das moléculas poliméricas e favorecer a formação de hidrocarbonetos leves. O catalisador, principalmente catalisador ácido à base de zeólita, é inserido dentro do compactador (4), numa taxa entre 0,1% e 10% (de acordo com tipo de material e produto final almejado) em massa relativamente à entrada de matéria-prima. Este catalisador é estocado num conjunto de silo-dosador (36) e é dosado para dentro do compactador (4). O sistema de alimentação continua com o envio da matéria-prima para o compactador (4), que tem a função de aumentar a densidade mínima do material para em torno de 450 kg/m3 para diminuir o risco de entrada de oxigênio no sistema. Além disso, o sistema trabalha com uma rotação de 5 a 60 rpm e consequente força de compressão e com um sistema de refrigeração, capaz de diminuir a temperatura para mantê-la em no máximo 30 °C, para evitar que a matéria-prima derreta em seu interior. O compactador (4) é refrigerado por um sistema de encamisamento, que se baseia em um revestimento que entra com o líquido de resfriamento enviado por uma bomba (30) de uma torre de resfriamento (23). Após a entrada da matéria-prima juntamente com 0,1 % a 10 % do catalisador, o compactador (4) comprime a uma taxa de compressão de 1:2,5, e conduz os dois materiais para uma rosca de fusão (5).[041] The catalyst aims to increase the speed of breakdown of polymeric molecules and favor the formation of light hydrocarbons. The catalyst, mainly zeolite-based acid catalyst, is inserted into the compactor (4), at a rate between 0.1% and 10% (according to the type of material and desired final product) by mass relative to the raw material input. cousin. This catalyst is stored in a silo-doser assembly (36) and is dosed into the compactor (4). The feeding system continues with sending the raw material to the compactor (4), which has the function of increasing the minimum density of the material to around 450 kg/m3 to reduce the risk of oxygen entering the system. In addition, the system works with a rotation of 5 to 60 rpm and consequent compression force and with a cooling system, capable of lowering the temperature to keep it at a maximum of 30 °C, to prevent the raw material from melting. inside. The compactor (4) is cooled by a jacketing system, which is based on a jacket that enters with the cooling liquid sent by a pump (30) of a cooling tower (23). After entering the raw material together with 0.1% to 10% of the catalyst, the compactor (4) compresses at a compression ratio of 1:2.5, and leads the two materials to a fusion screw (5) .

[042] A rosca de fusão (5) tem por objetivo pré-aquecer o material a uma temperatura entre 200 °C e 350 °C. Após deixar a rosca de fusão (5), o material entra num trocador de calor (6), que aquece o material entre 350 °C e 450 °C. O tempo de residência dos polímeros neste sistema de fusão e aquecimento pode variar entre 90 segundos e 600 segundos. Este trocador de calor (6) recebe calor do gás queimado proveniente da fornalha (18), após ele deixar a camisa do reator principal (7) para aquecer o material.[042] The fusion screw (5) aims to preheat the material to a temperature between 200 °C and 350 °C. After leaving the melting screw (5), the material enters a heat exchanger (6), which heats the material between 350 °C and 450 °C. The residence time of the polymers in this melting and heating system can vary between 90 seconds and 600 seconds. This heat exchanger (6) receives heat from the burnt gas from the furnace (18), after it leaves the main reactor jacket (7) to heat the material.

[043] Ao sair do trocador de calor (6) , o material entra no reator principal (7). Este reator do tipo cstr (continuous stirred-tank reactor) , com um eixo centralizado e bipartido em forma de âncora (Figura 2), que trabalha a uma rotação entre 1 e 30 rpm, podendo girar tanto no sentido horário quanto no anti-horário. O reator (7) apresenta um índice L/D (Lenght/Diameter) entre 3,5 e 7,0. O reator principal (7) é encamisado para receber o calor necessário da fornalha para efetuar a reação pirolítica. Em um exemplo de implementação piloto, foi utilizado um queimador com potência de 440.000 kCal/h.[043] Upon leaving the heat exchanger (6), the material enters the main reactor (7). This cstr (continuous stirred-tank reactor) type reactor, with a centralized and split axis in the form of an anchor (Figure 2), which works at a rotation between 1 and 30 rpm, and can rotate both clockwise and counterclockwise . The reactor (7) has an L/D index (Length/Diameter) between 3.5 and 7.0. The main reactor (7) is jacketed to receive the necessary heat from the furnace to carry out the pyrolytic reaction. In an example of pilot implementation, a burner with a power of 440,000 kCal/h was used.

[044] O eixo deste reator tem o objetivo de homogeneizar a massa reagente, que pesa entre 600 e 2000 kg e fazer o controle de retirada das cinzas de negro de carbono. Na base do eixo, logo após a âncora, existe uma terminação em forma de helicoide que, dependendo do sentido e velocidade de giro do eixo, conduz a massa reagente em diferentes direções. O controle da rotação desta terminação, em conjunto com a válvula de descarga (35) e rosca de selagem (29) permite que reações sejam semicontínuas ou contínuas. Em reações semicontínuas a válvula de descarga (35) opera fechada e rosca de selagem (29) tem operação intermitente. Em reações contínuas, a válvula de descarga (35) trabalha com ajustes de abertura em função da produção do reator principal (7) e consequente operação contínua da rosca de selagem (29) .[044] The purpose of this reactor shaft is to homogenize the reagent mass, which weighs between 600 and 2000 kg, and to control the removal of carbon black ash. At the base of the shaft, right after the anchor, there is a termination in the form of a helicoid which, depending on the direction and speed of rotation of the shaft, leads the reactant mass in different directions. The rotation control of this termination, together with the discharge valve (35) and sealing thread (29) allows reactions to be semi-continuous or continuous. In semi-continuous reactions, the discharge valve (35) operates closed and the sealing screw (29) operates intermittently. In continuous reactions, the discharge valve (35) works with opening adjustments depending on the production of the main reactor (7) and consequent continuous operation of the sealing thread (29).

[045] O material entra no reator principal (7) a uma temperatura entre 350 °C - 450 °C. Ao entrar, a matéria-prima no estado pastoso recebe o aquecimento até sua temperatura chegar entre 420 °C - 460 °C, de forma que minimize o tempo de residência no reator. Nessa faixa de temperatura e com uma pressão manométrica de - 2 0,0 até + 50,0 KPa (- 0,2 até + 0,5 Bar) ocorre a reação de pirólise, no qual consiste na quebra das moléculas do plástico, com a ausência de oxigênio, em moléculas de 20 a 40 carbonos, preferencialmente de 24 a 28 carbonos, que passam a estar no estado gasoso. A reação química tem um tempo de residência entre 10 minutos e 4 horas, preferencialmente 2 a 3 horas, que deve ser aplicado em função da distribuição de produtos desejada. Esta reação química gera produtos em três estados físicos diferentes: i. sólido: cinzas de carbono de forma ampla mas que atende especificações de negro de fumo ou carvão ativado; ii. óleo pirolítico, que contém as frações de R-nafta; R-diesel, parafinas e outros; iii. r-gás residual. A proporção formada é de 1% a 35% de sólidos , 1% a 35% de r-gás residual e 30% a 98% de óleo pirolítico. Esse gás é puxado através de um compressor radial (13) e enviado para a torre de refluxo (8).[045] The material enters the main reactor (7) at a temperature between 350 °C - 450 °C. Upon entry, the raw material in the pasty state is heated until its temperature reaches between 420 °C - 460 °C, so as to minimize the residence time in the reactor. In this temperature range and with a gauge pressure of - 2 0.0 to + 50.0 KPa (- 0.2 to + 0.5 Bar) the pyrolysis reaction takes place, which consists of breaking down the plastic molecules, with the absence of oxygen, in molecules of 20 to 40 carbons, preferably 24 to 28 carbons, which become in the gaseous state. The chemical reaction has a residence time between 10 minutes and 4 hours, preferably 2 to 3 hours, which must be applied depending on the desired distribution of products. This chemical reaction generates products in three different physical states: i. solid: carbon ash of ample form but meeting carbon black or activated carbon specifications; ii. pyrolytic oil, which contains the R-naphtha fractions; R-diesel, paraffins and others; iii. r-waste gas. The proportion formed is 1% to 35% solids, 1% to 35% residual r-gas and 30% to 98% pyrolytic oil. This gas is drawn through a radial compressor (13) and sent to the reflux tower (8).

[046] A torre de refluxo (8) (figura 3) é um vaso cônico encamisado, sem a presença de metais com função catalítica, por onde circula ar como refrigerante, composto por chicanas e anéis, sem aplicação de chapas perfuradas, que dificultam o fluxo ascendente, criando turbulência (número de Reynolds entre 30.000 e 300.000) que aumenta a troca térmica com as paredes refrigeradas sem provocar carreamento de condensados, não deixando as moléculas maiores de acima de 20 a 40 carbonos (preferencialmente 20 a 28 carbonos)passarem para a próxima fase do processo. Essas moléculas maiores condensam-se e retornam por gravidade ao reator onde serão craqueadas novamente. O refluxo é mantido a uma temperatura de 220 °C a 320 °C, preferencialmente 240 a 280 °C, onde seu controle de temperatura é feito por um ventilador (22) que circula o ar frio em sua camisa. Ao sair do refluxo a corrente entrará num trocador de calor (26), que absorve os gases oriundos do reator principal (7) , usando a força motriz do ventilador (19), que poderá aumentar a temperatura para faixa entre 220 °C e 600 °C. O ajuste desta temperatura se dará em função das condições operacionais necessárias para a torre de catálise.[046] The reflux tower (8) (figure 3) is a jacketed conical vessel, without the presence of metals with a catalytic function, through which air circulates as a coolant, composed of baffles and rings, without the application of perforated plates, which make it difficult the upward flow, creating turbulence (Reynolds number between 30,000 and 300,000) which increases the thermal exchange with the refrigerated walls without causing condensate entrainment, preventing larger molecules from above 20 to 40 carbons (preferably 20 to 28 carbons) to pass for the next stage of the process. These larger molecules condense and return by gravity to the reactor where they will be cracked again. The reflux is maintained at a temperature of 220 °C to 320 °C, preferably 240 to 280 °C, where its temperature control is carried out by a fan (22) that circulates cold air in its jacket. When leaving the reflux current will enter a heat exchanger (26), which absorbs the gases from the main reactor (7), using the driving force of the fan (19), which can increase the temperature to a range between 220 °C and 600 °C. The adjustment of this temperature will depend on the operational conditions necessary for the catalysis tower.

[047] A torre de catálise (9) , que apresenta um índice L/D (Comprimento/Diâmetro) de 3,0 a 5,0, tem por objetivo finalizar a quebra das moléculas que possuam tamanho superior ao desejado na especificação dos tipos de produtos que estão sendo produzidos, permitindo assim uma produção mais homogênea de produtos. A torre de catálise (9), que é composta de um leito catalítico sólido de dimensões, volume e porosidade adequados, depende diretamente do tipo de catalisador utilizado, pois o tempo de residência do produto deve ser suficiente para que as quebras de moléculas desejadas ocorram. Este tempo de residência da corrente de hidrocarbonetos pode variar de 2 a 12 segundos de acordo com o produto desejado. Outro fator fundamental para a eficácia da catálise é a temperatura de operação que deve estar entre 350 °C e 550 °C de acordo com o tipo de catalisador utilizado e os produtos finais desejados. Os catalisadores utilizados são em geral, ácidos e do tipo zeólita, sendo preferencialmente utilizados os catalisadores zeólita Y ou clinoptilolita e ZSM5 alumino silicato.[047] The catalysis tower (9), which has a L/D (Length/Diameter) index from 3.0 to 5.0, aims to finish the breakdown of molecules that have a size greater than the desired size in the specification of types of products being produced, thus allowing a more homogeneous production of products. The catalysis tower (9), which is composed of a solid catalytic bed of adequate dimensions, volume and porosity, depends directly on the type of catalyst used, as the residence time of the product must be sufficient for the desired breakdown of molecules to occur. . This hydrocarbon stream residence time can vary from 2 to 12 seconds depending on the desired product. Another fundamental factor for the effectiveness of the catalysis is the operating temperature, which must be between 350 °C and 550 °C according to the type of catalyst used and the desired end products. The catalysts used are, in general, acidic and of the zeolite type, with zeolite Y or clinoptilolite and ZSM5 aluminum silicate catalysts being preferably used.

[048] O processo da presente invenção pode empregar catalisadores em duas etapas do processo: i. No reator principal (7), onde ocorre o craqueamento primário, também chamado de catalisador da fase líquida, ii. Na torre de catálise (9) , onde pode ocorrer o craqueamento secundário, também chamado de catalisador da fase gasosa. Os catalisadores podem ser aplicados seja individualmente em cada fase ou em operação conjunta, ou ainda pode-se operar o processo do presente depósito sem catalisadores. Mas preferencialmente, os catalisadores são usados em conjunto em suas respectivas etapas, pois de modo geral reduzem o nível energético requerido para obtenção de produtos mais leves dos craqueamentos seja na fase líquida, seja na fase gasosa. A Figura 7 (eixo X é % em massa acumulada destilada, eixo Y é temperatura) mostra dados empíricos que evidenciam a mudança nas curvas de destilação dos diferentes produtos ao terem sido submetidos a três cenários diferentes: sem catalisador, com Catalisador C e Catalisador F. No caso da aplicação do catalisador na fase líquida, que ocorre no reator (7), pode-se esperar uma redução do nível energético em cerca de 10 a 15%, o que se traduz em redução de consumo de energia térmica. Já a fase gasosa, que ocorre na torre de catálise (9) pode trabalhar com diferentes tipos de catalisadores ou sem catalisador algum, mas com uma eficiência diferente na conversão em produtos mais leves e no consumo energético para a reação. Diferentes especificações de catalisadores encontradas no mercado brasileiro e internacional podem ser empregadas com sucesso ao adequar a torre de catálise às condições de trabalho requeridas. A Tabela 1 abaixo ilustra essa relação de alguns tipos diferentes de catalisadores com os rendimentos em massa dos produtos de saída.

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[048] The process of the present invention can employ catalysts in two stages of the process: i. In the main reactor (7), where the primary cracking takes place, also called liquid phase catalyst, ii. In the catalysis tower (9) , where secondary cracking can occur, also called gas phase catalyst. The catalysts can be applied either individually in each phase or in joint operation, or the process of the present deposit can be operated without catalysts. But preferably, the catalysts are used together in their respective stages, as they generally reduce the energy level required to obtain lighter cracking products, either in the liquid phase or in the gaseous phase. Figure 7 (X axis is % of accumulated distilled mass, Y axis is temperature) shows empirical data that show the change in the distillation curves of different products when they have been subjected to three different scenarios: without catalyst, with Catalyst C and Catalyst F In the case of application of the catalyst in the liquid phase, which occurs in the reactor (7), a reduction in the energy level of about 10 to 15% can be expected, which translates into a reduction in the consumption of thermal energy. The gaseous phase, which occurs in the catalysis tower (9), can work with different types of catalysts or without any catalyst, but with a different efficiency in converting lighter products and in energy consumption for the reaction. Different specifications of catalysts found in the Brazilian and international markets can be successfully used to adapt the catalysis tower to the required working conditions. Table 1 below illustrates this relationship of some different types of catalysts with the mass yields of the output products.
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[049] Após a saída da torre de catálise (9) , o gás passa por um sistema de condensação (10), que tem a função de condensar esse gás em temperaturas de 240 °C e 310 °C. O volume de gás não condensado nesta etapa, que é composto por moléculas mais leves, seguirá para condensadores a fim de serem condensados a temperaturas menores. Ambos os produtos, após condensados, são enviados para tanques de estocagem.[049] After leaving the catalysis tower (9), the gas passes through a condensation system (10), which has the function of condensing this gas at temperatures of 240 °C and 310 °C. The volume of non-condensed gas in this stage, which is composed of lighter molecules, will go to condensers to be condensed at lower temperatures. Both products, after being condensed, are sent to storage tanks.

[050] A segunda etapa de condensação ocorre nos trocadores de calor (11a e 11b). O fluido quente condensa a uma temperatura de até 110 °C, e é enviado para a área de estocagem. O trocador de calor (11b) reduz a temperatura da corrente de hidrocarbonetos para 10 °C, utilizando água gelada, entre 0 °C e -15 °C, preferencialmente -5 °C, proveniente de um chiller (31). Este condensado também é enviado para estocagem. Estas últimas frações condensadas de óleo são chamadas de R-nafta.[050] The second stage of condensation occurs in the heat exchangers (11a and 11b). The hot fluid condenses at a temperature of up to 110 °C and is sent to the storage area. The heat exchanger (11b) reduces the temperature of the hydrocarbon stream to 10 °C, using cold water, between 0 °C and -15 °C, preferably -5 °C, coming from a chiller (31). This condensate is also sent for storage. These last condensed oil fractions are called R-naphtha.

[051] O terceiro e último ponto de condensação é no trocador de calor recuperador (14). Esta condensação é favorecida primordialmente pelo aumento de pressão obtido pelo compressor (13), ao invés da pura redução de temperatura. A pressão de trabalho pode variar de 1,5 bar a 6 bar, usando temperatura de condensação de 30 °C a 70 °C. Este óleo pirolítico leve adicional pode ser misturado com o óleo pirolítico condensado nos trocadores de calor (11a e 11b) fazendo parte da composição da R-nafta ou pode ser estocado de forma separada e ter aplicação em insumos químicos diversos. Esta opção é definida de acordo com a aplicação e necessidade definida para a produção desejada.[051] The third and last dew point is in the recuperator heat exchanger (14). This condensation is primarily favored by the pressure increase obtained by the compressor (13), instead of the pure temperature reduction. The working pressure can vary from 1.5 bar to 6 bar, using condensing temperature from 30 °C to 70 °C. This additional light pyrolytic oil can be mixed with the pyrolytic oil condensed in the heat exchangers (11a and 11b) as part of the R-naphtha composition or it can be stored separately and used in different chemical inputs. This option is defined according to the application and need defined for the desired production.

[052] Tem-se um rendimento de 1% - 40% em massa de óleo pirolítico pesado (r-parafina) , 1% - 40% em massa de óleo pirolítico médio (r-diesel) e 20% - 98% em massa de óleo pirolítico leve e muito leve (r-nafta).[052] There is a yield of 1% - 40% by mass of heavy pyrolytic oil (r-paraffin), 1% - 40% by mass of medium pyrolytic oil (r-diesel) and 20% - 98% by mass light and very light pyrolytic oil (r-naphtha).

[053] O gás incondensável (r-gás residual) que sai dos trocadores de calor (14) é então comprimido a uma pressão mais elevada, entre 1,5 bar e 6 bar e enviado para o sistema de estocagem de gases. Ele será reutilizado pelo sistema para a produção de energia térmica, para geração de energia e/ou como r-GLP para feedstock de crackers petroquímicos.[053] The incondensable gas (r-waste gas) that comes out of the heat exchangers (14) is then compressed to a higher pressure, between 1.5 bar and 6 bar and sent to the gas storage system. It will be reused by the system for the production of thermal energy, for power generation and/or as r-LPG for feedstock from petrochemical crackers.

[054] Antes do gás ser comprimido para uso, pode ser lavado num lavador de gases (bubbler) (12) com uma solução de CaOH ou NaOH, entre 0,1 e 5%, preferencialmente 0,5%, dependendo do material a ser processado. Outra base pode ser utilizada para retirar as impurezas existentes. O bubbler (12) funciona como um lavador, no qual o gás entra em sentido ascendente, passando por uma solução alcalina. Esta etapa é utilizada em particular para os gases gerados no processo de torra que ocorre no reator secundário/reator de torra (15).[054] Before the gas is compressed for use, it can be washed in a gas scrubber (bubbler) (12) with a solution of CaOH or NaOH, between 0.1 and 5%, preferably 0.5%, depending on the material to be used. be processed. Another base can be used to remove existing impurities. The bubbler (12) works like a washer, in which the gas enters upwards, passing through an alkaline solution. This step is used in particular for the gases generated in the roasting process that takes place in the secondary reactor/roasting reactor (15).

[055] O compressor (13) tem a função de estabilizar o fluxo de produção ao longo de todo processo desde o reator principal (7) e também assegura as condições para condensação do óleo pirolítico muito leve no trocador de calor recuperador (14), tal como descritas anteriormente.[055] The compressor (13) has the function of stabilizing the production flow throughout the process from the main reactor (7) and also ensures the conditions for condensation of the very light pyrolytic oil in the recuperator heat exchanger (14), as previously described.

[056] Os tanques de r-gás residual (16) tem a função de armazenar o r-gás residual a uma pressão de 1,5 a 6 bar.[056] The residual r-gas tanks (16) have the function of storing the residual r-gas at a pressure of 1.5 to 6 bar.

[057] O principal uso do r-gás residual produzido é fornecer energia térmica para a reação de pirólise, tal como será descrito abaixo. No entanto, pode haver excessos de produção de r-gás residual que podem ser enviados para aproveitamento energético adicional através de gerador de energia elétrica (24). Este gerador, ao gerar energia elétrica, também permite o aproveitamento térmico seja para aquecimento através dos gases de combustão, seja para resfriamento através de adsorção térmica. Todos os três aproveitamentos energéticos (energia elétrica, calor e frio) são utilizados no processo industrial e contribuem para a eficiência energética do processo como um todo.[057] The main use of the waste r-gas produced is to provide thermal energy for the pyrolysis reaction, as will be described below. However, there may be excess production of residual r-gas that can be sent for additional energy use through an electric power generator (24). This generator, when generating electrical energy, also allows thermal utilization, either for heating through combustion gases, or for cooling through thermal adsorption. All three energy uses (electricity, heat and cold) are used in the industrial process and contribute to the energy efficiency of the process as a whole.

[058] O flare (25) é o sistema de segurança que queima o gás em momentos esporádicos, e pode ser usado em momentos de emergência ou para esvaziar o sistema para eventuais manutenções.[058] The flare (25) is the safety system that burns the gas at sporadic times, and can be used in times of emergency or to empty the system for any maintenance.

[059] O principal uso para o gás armazenado nos tanques de r-gás residual (16) é a alimentação dos queimadores que provém energia térmica para as fornalhas (18 e 20). O queimador e fornalha (18) aquece todo o sistema de reação, trabalhando em temperaturas entre 750 °C e 1.200 °C. A reação de pirólise utiliza parte desta energia com temperatura de operação de 700 a 900 °C. A energia térmica gerada nesta mesma fornalha também provê energia térmica para o sistema de fusão de plástico no trocador de calor (6) e para o trocador de calor (26) de aquecimento da corrente após refluxo.[059] The main use for the gas stored in the residual gas tanks (16) is to feed the burners that provide thermal energy for the furnaces (18 and 20). The burner and furnace (18) heats the entire reaction system, working at temperatures between 750 °C and 1,200 °C. The pyrolysis reaction uses part of this energy with an operating temperature of 700 to 900 °C. The thermal energy generated in this same furnace also provides thermal energy for the plastic melting system in the heat exchanger (6) and for the heat exchanger (26) for heating the stream after reflux.

[060] O queimador e fornalha (20) fornecem energia térmica para o reator de torra (15) e também fornece energia para a torre de catálise (9).[060] The burner and furnace (20) provide thermal energy for the roasting reactor (15) and also provides energy for the catalysis tower (9).

[061] Um gás combustível alternativo também pode ser utilizado para partidas da planta ou em outras eventualidades. Tanto o GLP quanto o Syngas são transportados para o queimador e fornalha (18) do reator principal (7), e para o queimador e fornalha (20) do reator de torra (15) pela própria pressão de armazenagem dos seus tanques.[061] An alternative fuel gas can also be used for plant startups or in other eventualities. Both LPG and Syngas are transported to the burner and furnace (18) of the main reactor (7), and to the burner and furnace (20) of the roasting reactor (15) by the storage pressure of their tanks.

[062] O aproveitamento energético do queimador e fornalha (18) é feito através da recirculação em circuito fechado de gás quente utilizando um ventilador (19) . Este circuito circula ar quente entre: i. fornalha (18), ii. camisa do reator principal (7), iii. trocador de calor (26) pós torre de refluxo (8) e iv. trocador de calor (6) de fusão de plásticos. Este circuito fechado possui troca adequada de gases através da retirada de gases saturados e entrada de ar fresco para assegurar as condições ideais de queima do syngas ou GLP no queimador da fornalha. O gás de retorno para a fornalha (18) apresenta temperatura entre 400 e 550 °C. As condições ideais de queima para o queimador, por exemplo, pressão na entrada da camisa do reator de -7 mbar à -10 mbar, envolvem não somente a composição química do ar recirculado (assegurando presença necessária de oxigênio sem excessos de contaminantes), mas também balanceamento de pressões e retirada de impurezas sólidas eventualmente geradas no processo de queima.[062] The energy use of the burner and furnace (18) is done through recirculation in a closed circuit of hot gas using a fan (19). This circuit circulates hot air between: i. furnace (18), ii. main reactor jacket (7), iii. heat exchanger (26) post reflux tower (8) and iv. plastic melting heat exchanger (6). This closed circuit has adequate gas exchange by removing saturated gases and entering fresh air to ensure ideal conditions for syngas or LPG burning in the furnace burner. The return gas to the furnace (18) has a temperature between 400 and 550 °C. The ideal burning conditions for the burner, for example, pressure at the reactor jacket inlet of -7 mbar to -10 mbar, involve not only the chemical composition of the recirculated air (assuring the necessary presence of oxygen without excesses of contaminants), but also pressure balancing and removal of solid impurities eventually generated in the burning process.

[063] De maneira análoga, o queimador e fornalha (20) também possuem reaproveitamento energético através da recirculação de gás quente usando como força motriz o ventilador torre de catálise (22). Essa temperatura varia de 450 e 650 °C. Neste caso o circuito de reaproveitamento energético circula o gás quente entre: i. fornalha (20), ii. camisa do reator de torra (15), e iii. camisa da torre de catálise (9). Este circuito fechado possui troca adequada de gases através da retirada de gases saturados e entrada de ar fresco para assegurar as condições ideais de queima do r-gas/syngas ou GLP no queimador da fornalha, tal como o circuito do ventilador (19).[063] Similarly, the burner and furnace (20) also have energy reuse through hot gas recirculation using the catalysis tower fan (22) as the driving force. This temperature varies between 450 and 650 °C. In this case, the energy reuse circuit circulates the hot gas between: i. furnace (20), ii. roasting reactor jacket (15), and iii. catalysis tower sleeve (9). This closed circuit has adequate gas exchange by removing saturated gases and entering fresh air to ensure ideal conditions for burning the r-gas/syngas or LPG in the furnace burner, such as the fan circuit (19).

[064] A reação de pirólise em leito fixo produz como subproduto cinzas de carbono (negro de fumo ou carvão ativado). Em caso de reações em batelada estendida, a presença de cinzas de carbono é imperceptível, em termos de dinâmica da reação, até o momento em que a reação/batelada estendida termina e se faz necessário retirar o material sólido residual no leito do reator. No caso de reações em batelada estendida ou reações contínuas é fundamental o monitoramento e retirada das cinzas de carbono quando o acúmulo e respectivo aumento de concentração deste componente reduz a eficiência da reação. O processo desenvolvido possui mecanismos de monitoramento e retirada das cinzas de carbono formadas ao longo da reação.[064] The fixed bed pyrolysis reaction produces as a by-product carbon ash (carbon black or activated carbon). In the case of extended batch reactions, the presence of carbon ash is imperceptible, in terms of reaction dynamics, until the moment when the reaction/extended batch ends and it is necessary to remove the residual solid material from the reactor bed. In the case of extended batch reactions or continuous reactions, it is essential to monitor and remove carbon ash when the accumulation and respective increase in concentration of this component reduces the efficiency of the reaction. The developed process has mechanisms for monitoring and removing the carbon ash formed during the reaction.

[065] Há duas formas de produção usando o desenho de processo aqui desenvolvido: i. Produção por batelada estendida com ciclos de produção de 15 a 30 horas (Figura 4), ii. Produção contínua sem a necessidade de paradas para retirada de cinzas devido à saturação da massa reagente. Em ambos os casos é fundamental o monitoramento do estado da massa reagente e ação sobre a massa reagente para retirada das cinzas de carbono, através de um sensor de nível.[065] There are two forms of production using the process design developed here: i. Extended batch production with production cycles of 15 to 30 hours (Figure 4), ii. Continuous production without the need for stops to remove ash due to saturation of the reagent mass. In both cases, it is essential to monitor the state of the reagent mass and to act on the reagent mass to remove the carbon ashes, using a level sensor.

[066] No caso da batelada estendida, , a válvula de descarga (35) opera fechada e abre somente no momento da descarga completa do material contido no reator principal (7). Uma vez que o material retirado do reator principal (7) entre no reator de torra (15) inicia-se o processo de torra do material, o que ocorre a temperatura entre 500°C e 600°C. A massa reagente no reator principal (7), ao chegar ao ponto de saturação, entre 25 e 45 %, preferencialmente 30 % de cinzas de carbono, valor esse calculado em função do volume da produção, será necessário fazer o descarregamento das cinzas de carbono que ficam no interior do reator principal (7). O ponto de saturação é determinado pela relação entre a temperatura da massa reagente e produção de gases (Figura 5). Quando o aumento de temperatura passa a não gerar maior produção, preferencialmente 450 a 480 °C, a reação deve ser parada e iniciar o processo de retirada da massa reagente.[066] In the case of extended batch, , the discharge valve (35) operates closed and opens only at the time of complete discharge of the material contained in the main reactor (7). Once the material removed from the main reactor (7) enters the roasting reactor (15), the material roasting process begins, which occurs at a temperature between 500°C and 600°C. The reagent mass in the main reactor (7), when reaching the saturation point, between 25 and 45%, preferably 30% of carbon ash, this value being calculated according to the production volume, it will be necessary to unload the carbon ash that are inside the main reactor (7). The saturation point is determined by the relationship between the temperature of the reagent mass and gas production (Figure 5). When the increase in temperature does not generate greater production, preferably 450 to 480 °C, the reaction must be stopped and the process of removing the reagent mass begins.

[067] Após garantir a formação de cinzas de carbono no terço inferior do reator principal (7), o descarregamento manual do material é iniciado. Para tal, o eixo bipartido tem seu sentido de rotação invertido e sua velocidade aumentada, assim o eixo bipartido envia o material para fora do reator principal (7) e para dentro do reator de torra (15) onde o processo de torra das cinzas de carbono é realizado. Este processo de torra busca assegurar que as cinzas de carbono serão processadas ao ponto de atender as especificações requeridas para aplicação deste produto como negro de fumo ou carvão ativado. Para aplicação deste produto, neste caso, carvão ativado, por exemplo, o produto deve atender as seguintes especificações: Humidade até 5% (ASTMD2867), Densidade entre 400 e 600 kg/m3 (DIN ISO 78711), Área superficial min 300 m2/g (DIN 66132) e Tamanho da partícula (<100μm) mínimo de 80% (CT-PA 17) . Durante esta fase, além de aquecimento e revolução mecânica contínua de material, componentes químicos podem ser adicionados para contribuir com a composição química final requerida. O reator de torra (15) apresenta um índice L/D (Lenght/Diameter) entre 4,3 e 5,6, e possui uma camisa de aquecimento abastecida pelo queimador e fornalha (20). O material dentro do reator é aquecido e misturado até que o sensor de temperatura do reator de torra (15) acuse 500-6000 °C. Após alcançar essa temperatura determinada e tempo de processamento, o produto final seja negro de fumo, seja carvão ativado é extraído e estocado. Os gases eventualmente gerados por este processo de torra também são absorvidos pelo sistema de compressão e utilizados como gases da planta, uma vez que eles são inseridos no bubbler (12).[067] After ensuring the formation of carbon ash in the lower third of the main reactor (7), the manual unloading of the material begins. To this end, the split shaft has its direction of rotation reversed and its speed increased, so the split shaft sends the material out of the main reactor (7) and into the roasting reactor (15) where the ash roasting process carbon is performed. This roasting process seeks to ensure that the carbon ash will be processed to the point of meeting the specifications required for the application of this product as carbon black or activated carbon. For the application of this product, in this case activated carbon, for example, the product must meet the following specifications: Humidity up to 5% (ASTMD2867), Density between 400 and 600 kg/m3 (DIN ISO 78711), Surface area min 300 m2/ g (DIN 66132) and Particle size (<100μm) minimum 80% (CT-PA 17) . During this phase, in addition to heating and continuous mechanical revolution of the material, chemical components can be added to contribute to the required final chemical composition. The roasting reactor (15) has an L/D index (Length/Diameter) between 4.3 and 5.6, and has a heating jacket supplied by the burner and furnace (20). The material inside the reactor is heated and mixed until the temperature sensor in the roasting reactor (15) reads 500-6000 °C. After reaching this determined temperature and processing time, the final product whether carbon black or activated carbon is extracted and stored. The gases eventually generated by this roasting process are also absorbed by the compression system and used as plant gases, once they are inserted into the bubbler (12).

[068] Este processo também pode operar de forma contínua de retirada das cinzas de carbono. Neste caso, A forma contínua ocorre com a válvula de descarga (35) tendo sua abertura controlada, a rosca de selagem (29) inserindo material e o eixo do reator principal (7) girando entre 20 e 30 rpm no sentido de descarga. Para tanto, é necessário que um ponto de equilíbrio de concentração das cinzas de carbono (entre 10% e 30%) seja atingido. Neste caso, o eixo bipartido do reator principal (7) deve girar em sentido de retirada da massa reagente do material em rotação adequada, entre 20 e 100 rpm, preferencialmente 30 rpm, para manter o equilíbrio entre a taxa de retirada e a estabilidade da massa reagente. Este equilíbrio também é mantido através da operação da válvula de descarga (35) que trabalha com ajustes de abertura em função da produção do reator principal (7) e consequente operação contínua da rosca de selagem (29).[068] This process can also operate continuously to remove carbon ash. In this case, the continuous form occurs with the discharge valve (35) having its opening controlled, the sealing thread (29) inserting material and the main reactor shaft (7) rotating between 20 and 30 rpm in the discharge direction. Therefore, it is necessary that an equilibrium point of carbon ash concentration (between 10% and 30%) is reached. In this case, the split shaft of the main reactor (7) must rotate in the direction of removal of the reactant mass from the material at adequate rotation, between 20 and 100 rpm, preferably 30 rpm, to maintain the balance between the removal rate and the stability of the reagent mass. This balance is also maintained through the operation of the discharge valve (35) which works with opening adjustments depending on the production of the main reactor (7) and consequent continuous operation of the sealing screw (29).

[069] Esta retirada contínua também se dá para o reator de torra (15), onde tal como descrito acima, o material retirado do reator sofrerá processo de torra e eventual adição de componentes químicos para atingir especificação desejada das cinzas de carbono. Os parâmetros de processo e especificações são os mesmos tal como descritos acima na operação em batelada estendida.[069] This continuous withdrawal also takes place for the roasting reactor (15), where, as described above, the material removed from the reactor will undergo a roasting process and eventual addition of chemical components to reach the desired specification of the carbon ash. Process parameters and specifications are the same as described above in extended batch operation.

[070] Após ter passado pelo processo de torra no reator de torra (16), os produtos carvão ativado ou negro de fumo são conduzidas por rosca de retirada (27) do reator de torra (15) para o tanque resfriador (28) por onde permanecerá por 5 a 15 horas até ser resfriado (cerca de 70 °C). Na sequência, os produtos carvão ativado ou negro de fumo poderão ser utilizados na rosca de selagem (29) do sistema de retirada de material do reator principal (7) ou poderão ser enviadas para silo de estoque final e embalagem para uso em cliente.[070] After going through the roasting process in the roasting reactor (16), the activated carbon or carbon black products are conducted through a withdrawal screw (27) from the roasting reactor (15) to the cooling tank (28) by where it will remain for 5 to 15 hours until cooled (about 70 °C). Next, the activated carbon or carbon black products can be used in the sealing thread (29) of the main reactor material removal system (7) or they can be sent to the final stock silo and packaged for use by the customer.

[071] Em uma terceira modalidade, a presente invenção refere-se aos hidrocarbonetos produzidos conforme o processo descrito. Cabe ressaltar que os referidos hidrocarbonetos, podem apresentar os contaminantes na seguinte concentração máxima isoladamente ou em conjunto. O controle para atendimento de tais níveis máximos de contaminantes é feito, em sua maior parte, no sistema de preparação de material (1):

  • - 300 ppm-m de cloretos totais;
  • - 1100 ppb-m de oxigenados totais;
  • - 300 ppb-m de nitrogenados
  • - 500 ppb-m de enxofre total;
  • - 50 ppb-m de dissulfeto de carbono;
  • - 100 ppb-m de mercaptanos
  • - 10 ppb-m de Sulfeto de carbonila
  • - 50 ppb-m de sulfeto de hidrogênio;
  • - 15 ppm-m de arsênio;
  • - 50 ppm-m de cobre;
  • - 300 ppm-m de ferro;
  • - 5 ppm-m de mercúrio;
  • - 5000 ppm-m de sódio;
  • - 150 ppm-m de chumbo; e
  • - 1100 ppm-m de silício.
[071] In a third embodiment, the present invention refers to hydrocarbons produced according to the described process. It should be noted that the aforementioned hydrocarbons may contain contaminants in the following maximum concentration alone or together. The control to meet such maximum levels of contaminants is done, for the most part, in the material preparation system (1):
  • - 300 ppm-m of total chlorides;
  • - 1100 ppb-m of total oxygenates;
  • - 300 ppb-m of nitrogenous
  • - 500 ppb-m of total sulfur;
  • - 50 ppb-m carbon disulfide;
  • - 100 ppb-m of mercaptans
  • - 10 ppb-m of carbonyl sulfide
  • - 50 ppb-m of hydrogen sulfide;
  • - 15 ppm-m of arsenic;
  • - 50 ppm-m of copper;
  • - 300 ppm-m of iron;
  • - 5 ppm-m of mercury;
  • - 5000 ppm-m sodium;
  • - 150 ppm-m of lead; and
  • - 1100 ppm-m silicon.

[072] Adicionalmente, os hidrocarbonetos produzidos podem ser principalmente gases de síntese, preferencialmente propano, butano, metano, etano, propileno e iso-propileno, apresentando ponto de ebulição final de 30 °C; hidrocarboneto leve, preferencialmente pentano, hexano e heptano, apresentando ponto de ebulição inicial de 30 °C e ponto de ebulição final de 80 °C; nafta e diesel, principalmente, alcanos, parafinas, isso-parafinas e olefinas, apresentando respectivamente, ponto de ebulição inicial de 80 °C e ponto de ebulição final de 240 °C (r-nafta), e ponto de ebulição inicial de 240 °C e ponto de ebulição final de 310 °C (r-diesel); parafina, principalmente parafinas de cadeias lineares de baixa densidade, apresentando ponto de ebulição inicial de 310 °C e ponto de ebulição final acima de 330 °C, preferencialmente sólida à temperatura ambiente, e líquida entre 35 °C e 55 °C; cinzas de carbono sob a caracterização de produto negro de fumo, apresentando um tamanho de partículas entre 10 e 320 nm e densidade aparente (dbp) entre 50 a 120, e sob a caracterização como produto carvão ativado, Humidade até 5% (ASTMD2867), Densidade entre 400 e 600 kg/m3 (DIN ISO 787-11), Área superficial min 300 m2/g (DIN 66132) e Tamanho da partícula (<100μm) mínimo de 80% (CT-PA 17).[072] Additionally, the hydrocarbons produced can be mainly synthesis gases, preferably propane, butane, methane, ethane, propylene and iso-propylene, with a final boiling point of 30 °C; light hydrocarbon, preferably pentane, hexane and heptane, with an initial boiling point of 30 °C and a final boiling point of 80 °C; naphtha and diesel, mainly alkanes, paraffins, iso-paraffins and olefins, with an initial boiling point of 80 °C and a final boiling point of 240 °C, respectively (r-naphtha), and an initial boiling point of 240 °C C and final boiling point of 310 °C (r-diesel); paraffin, mainly low-density linear chain paraffins, with an initial boiling point of 310 °C and a final boiling point above 330 °C, preferably solid at room temperature, and liquid between 35 °C and 55 °C; carbon ash under the characterization of carbon black product, having a particle size between 10 and 320 nm and apparent density (dbp) between 50 to 120, and under the characterization as activated carbon product, Moisture up to 5% (ASTMD2867), Density between 400 and 600 kg/m3 (DIN ISO 787-11), Surface area min 300 m2/g (DIN 66132) and Particle size (<100μm) min 80% (CT-PA 17).

[073] Em uma quarta modalidade, a presente invenção refere-se ainda aos usos dos hidrocarbonetos produzidos, dentre eles:

  • - Gás reciclado engarrafado para substituição de gás fóssil em aplicações para aquecimento (r-gás residual);
  • - Fonte para geração de energia renovável advindo de gás reciclado (r-gás residual);
  • - Nafta reciclada em cracker petroquímico para produção de plásticos virgens (r-nafta);
  • - Aditivo reciclado para óleo diesel fóssil (r-diesel);
  • - Matérias-primas recicladas para a indústria química substituindo hidrocarbonetos fósseis (r-nafta leve/ r-diesel) ;
  • - Insumos químicos reciclados substituindo insumos fósseis (r-nafta leve/ r-diesel);
  • - Óleos de queima sustentável para substituição de óleos fósseis (r-nafta leve/r-diesel);
  • - Parafinas recicladas para aplicação industrial e não industrial substituindo parafinas fósseis (r-parafinas);
  • - Negro de fumo e carvão ativado reciclado substituindo negro de fumo e carvão ativado fósseis (negro de fumo e carvão ativado);
  • - Valorização de plásticos de baixo valor agregado, plásticos multicamadas e plásticos multicomponentes que poderiam terminar no aterro;
  • - Produção de nafta petroquímica advinda de fontes recicladas (r-nafta) para substituição de nafta fóssil;
  • - Produção de diesel advindo de fontes recicladas (r-Diesel) e substituição de Diesel fóssil;
  • - Produção de outros hidrocarbonetos (r-hidro) com aplicação na indústria química;
  • - Produção de parafinas leves (r-parafinas leves);
  • - Produção de parafinas pesadas (r-parafinas pesadas);
  • - Produção de negro de fumo e carvão ativado (r-negro de fumo e r-carvão ativado);
  • - Produção de gás de síntese (r-gás residual); e
  • - Produção de energia elétrica advinda de fontes renováveis.
[073] In a fourth modality, the present invention also refers to the uses of the produced hydrocarbons, among them:
  • - Recycled bottled gas to replace fossil gas in heating applications (r-waste gas);
  • - Source for generating renewable energy from recycled gas (r-residual gas);
  • - Naphtha recycled in petrochemical crackers to produce virgin plastics (r-naphtha);
  • - Recycled additive for fossil diesel oil (r-diesel);
  • - Recycled raw materials for the chemical industry replacing fossil hydrocarbons (r-light naphtha/r-diesel);
  • - Recycled chemical inputs replacing fossil inputs (r-light naphtha/r-diesel);
  • - Sustainable burning oils to replace fossil oils (light r-naphtha/r-diesel);
  • - Recycled paraffins for industrial and non-industrial application replacing fossil paraffins (r-paraffins);
  • - Recycled carbon black and activated carbon replacing fossil carbon black and activated carbon (carbon black and activated carbon);
  • - Valuation of plastics with low added value, multilayer plastics and multicomponent plastics that could end up in landfills;
  • - Production of petrochemical naphtha from recycled sources (r-naphtha) to replace fossil naphtha;
  • - Production of diesel from recycled sources (r-Diesel) and replacement of fossil diesel;
  • - Production of other hydrocarbons (r-hydro) with application in the chemical industry;
  • - Production of light paraffins (r-light paraffins);
  • - Production of heavy paraffins (heavy r-paraffins);
  • - Production of carbon black and activated carbon (r-carbon black and r-activated carbon);
  • - Production of synthesis gas (r-waste gas); and
  • - Production of electricity from renewable sources.

Exemplo de concretização da invençãoExample of embodiment of the invention

[074] Com a exclusiva finalidade de demonstrar o funcionamento da presente invenção, não estando a mesma limitada a estes parâmetros, são fornecidos detalhes do processo conforme as Figura 6 e Tabela 2 a seguir. A Figura 6 contém o exemplo do fluxograma geral do processo de uma planta operacional e o balanço de massa e energia desta planta.

Figure img0003
Figure img0004
[074] For the sole purpose of demonstrating the operation of the present invention, not being limited to these parameters, details of the process are provided as shown in Figure 6 and Table 2 below. Figure 6 contains an example of the general process flowchart of an operational plant and the mass and energy balance of this plant.
Figure img0003
Figure img0004

[075] Importante mencionar que a presente invenção é implantada em plantas operacionais tendo o módulo de alimentação, o módulo de reação e o módulo de descarga em módulos, o que permite que uma planta possa ter sua capacidade produtiva ajustada à disponibilidade de matéria-prima no local de implantação. O processo desta invenção considera o emprego de 2 a 9 módulos operando em paralelo numa mesma planta. O restante dos módulos (módulo de preparação de material, módulo de fracionamento, módulo exaustão) são únicos, independentemente do número de módulos que uma planta tenha. No caso específico da Figura 6 e Tabela 2, o balanço de massa e energia é feito para uma planta com três módulos de reação.[075] It is important to mention that the present invention is implemented in operational plants having the supply module, the reaction module and the discharge module in modules, which allows a plant to have its production capacity adjusted to the availability of raw material at the implantation site. The process of this invention considers the use of 2 to 9 modules operating in parallel in the same plant. The rest of the modules (material preparation module, fractionation module, exhaustion module) are unique, regardless of the number of modules a plant has. In the specific case of Figure 6 and Table 2, the mass and energy balance is made for a plant with three reaction modules.

[076] Por fim, considerando que a presente invenção pode ser concretizada de diversas formas, sem se distanciar das suas características essenciais, os exemplos acima devem ser entendidos como não limitativos, uma vez que apenas ilustram como a presente invenção pode ser reproduzida.[076] Finally, considering that the present invention can be implemented in different ways, without departing from its essential characteristics, the examples above should be understood as non-limiting, since they only illustrate how the present invention can be reproduced.

Claims (49)

Sistema para transformação energeticamente eficiente de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos caracterizado pelo fato de que compreende:
  • • Módulo de alimentação;
  • •Módulo de reação;
  • • Módulo de Condensação/Separação;
  • • Módulo de Exaustão/r-gás residual; e
  • • Módulo de Descarga;
em que o módulo de alimentação compreende:
  • - sistema de preparação de material (1);
  • - silo de armazenagem (2);
  • - rosca alimentadora e dosadora (3);
  • - medidor de fluxo de sólido (33);
  • - dosador de catalisador (36);
  • - compactador (4);
  • - rosca de fusão (5);
  • - trocador de calor (6);
  • - ventilador rosca de fusão (19); o módulo de reação compreende:
  • - reator principal (7);
  • - medidor de nível (34);
  • - queimador e fornalha (18);
  • - torre de refluxo (8);
  • - ventilador de refluxo (22);
  • - trocador de calor (26);

o módulo de Condensação/Separação compreende:
  • - torre de catálise (9);
  • - sistema de condensação (10);
  • - trocadores de calor (11a e 11b);
  • - torre de resfriamento de água (23);
  • - bomba sistema de resfriamento geral (30);
  • - chiller (31);
  • - bomba sistema de refrigeração (32);

o módulo de Exaustão/r-gás residual compreende:
  • - lavador de gases (bubbler) (12);
  • - compressor de baixa pressão (13);
  • - trocador de calor recuperador (14);
  • - tanques de gás de síntese (r-gás residual) (16);
  • - tanques de GLP (17);
  • - gerador de energia elétrica (24);
  • - flare (25);
o módulo de Descarga compreende:
  • - válvula de controle de descarga (35);
  • - reator de torra (15);
  • - queimador e fornalha do reator de torra (20);
  • - ventilador da torre de catálise (21);
  • - rosca de retirada do reator de torra (27);
  • - resfriador de cinzas de carbono (28);
  • - rosca de selagem (29).
System for energy-efficient transformation of varied plastic waste into hydrocarbons characterized by the fact that it comprises:
  • • Power module;
  • • Reaction module;
  • • Condensation/Separation Module;
  • • Exhaust Module/residual r-gas; and
  • • Download Module;
wherein the supply module comprises:
  • - material preparation system (1);
  • - storage silo (2);
  • - feeding and dosing screw (3);
  • - solid flow meter (33);
  • - catalyst doser (36);
  • - compactor (4);
  • - fusion thread (5);
  • - heat exchanger (6);
  • - fusion screw fan (19); the reaction module comprises:
  • - main reactor (7);
  • - level meter (34);
  • - burner and furnace (18);
  • - reflux tower (8);
  • - reflux fan (22);
  • - heat exchanger (26);

the Condensation/Separation module comprises:
  • - catalysis tower (9);
  • - condensation system (10);
  • - heat exchangers (11a and 11b);
  • - water cooling tower (23);
  • - general cooling system pump (30);
  • - chiller (31);
  • - cooling system pump (32);

the Exhaust/r-waste gas module comprises:
  • - gas scrubber (bubbler) (12);
  • - low pressure compressor (13);
  • - recovery heat exchanger (14);
  • - synthesis gas tanks (r-residual gas) (16);
  • - LPG tanks (17);
  • - electric power generator (24);
  • - flare (25);
the Download module comprises:
  • - discharge control valve (35);
  • - roasting reactor (15);
  • - burner and furnace of the roasting reactor (20);
  • - catalysis tower fan (21);
  • - roasting reactor removal thread (27);
  • - carbon ash cooler (28);
  • - sealing thread (29).
Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a rosca alimentadora e dosadora (3) uniformizar o fluxo e através de controle que combina a leitura no medidor de fluxo de sólido (33) com a dosagem feita pelo dosador de catalisador (36) permitir que o catalisador seja adicionado de forma precisa ao entrar no compactador (4).System, according to claim 1, characterized by the fact that the feeding and dosing screw (3) uniforms the flow and through a control that combines the reading on the solid flow meter (33) with the dosage made by the catalyst doser ( 36) allow the catalyst to be added precisely when entering the compactor (4). Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o catalisador ser inserido dentro do compactador (4) pelo dosador de catalisador (36), numa taxa entre 0,1% e 10% em massa em função da entrada de matéria-prima.System, according to claim 1, characterized in that the catalyst is inserted into the compactor (4) by the catalyst doser (36), at a rate between 0.1% and 10% by mass depending on the raw material input. cousin. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o compactador (4) trabalhar com uma rotação e consequente força de compressão gerada por uma rotação de 5 a 60 rpm com objetivo de atingir uma densidade mínima de 450kg/m3 para assegurar boa alimentação na rosca de fusão (5) e evitar retorno de gases.System, according to claim 1, characterized in that the compactor (4) works with a rotation and consequent compression force generated by a rotation of 5 to 60 rpm in order to reach a minimum density of 450kg/m3 to ensure good feeding in the fusion screw (5) and avoiding the return of gases. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o compactador (4) comprimir a matéria-prima juntamente com o catalisador e os conduz para uma rosca de fusão (5).System, according to claim 1, characterized in that the compactor (4) compresses the raw material together with the catalyst and leads them to a fusion screw (5). Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a rosca de fusão (5) pré-aquecer o material a uma temperatura entre 200 °C e 350 °C.System, according to claim 1, characterized in that the melting screw (5) preheats the material to a temperature between 200 °C and 350 °C. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de após deixar a rosca de fusão (5), o material entra num trocador de calor (6), que aquece o material entre 350 °C e 450 °C.System, according to claim 1, characterized in that after leaving the fusion screw (5), the material enters a heat exchanger (6), which heats the material between 350 °C and 450 °C. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a reação de pirólise ocorrer no reator principal (7) na faixa de temperatura entre 420 °C e 460 °C e com uma pressão manométrica de - 20,0 até + 50,0 KPa (- 0,2 até + 0,5 Bar), durante um tempo de residência de 10 minutos a 4 horas, preferencialmente 2 a 3 horas.System, according to claim 1, characterized in that the pyrolysis reaction takes place in the main reactor (7) in the temperature range between 420 °C and 460 °C and with a gauge pressure of - 20.0 to + 50, 0 KPa (-0.2 to + 0.5 Bar), for a residence time of 10 minutes to 4 hours, preferably 2 to 3 hours. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o reator principal (7) ser do tipo cstr (continuous stirred-tank reactor), com um eixo centralizado e bipartido em forma de âncora, que trabalha a uma rotação entre 1 e 30 rpm, podendo girar tanto no sentido horário quanto no anti-horário.System, according to claim 8, characterized in that the main reactor (7) is of the cstr type (continuous stirred-tank reactor), with a centralized and split axis in the form of an anchor, which works at a rotation between 1 and 30 rpm, and can rotate both clockwise and counterclockwise. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o reator principal (7) apresentar um índice L/D entre 3,5 e 7,0, e ser encamisado para receber o calor necessário da fornalha para efetuar a reação pirolítica.System, according to claim 9, characterized in that the main reactor (7) has an L/D index between 3.5 and 7.0, and is jacketed to receive the necessary heat from the furnace to carry out the pyrolytic reaction. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o reator principal (7) ainda compreender um eixo pesando entre 600 e 2000 kg e apresentando em sua base, logo após a âncora, uma terminação em forma de helicoide que em conjunto com a válvula de descarga (35) e rosca de selagem (29) permite que a retirada das cinzas de carbono seja continua ou intermitente.System, according to claim 10, characterized by the fact that the main reactor (7) still comprises an axis weighing between 600 and 2000 kg and presenting at its base, just after the anchor, a termination in the form of a helicoid that, together with the discharge valve (35) and sealing thread (29) allow the removal of carbon ash either continuously or intermittently. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a temperatura da corrente de hidrocarbonetos na saída da torre de refluxo (8) ser mantida entre 220 °C e 320 °C, preferencialmente entre 240°C e 280°C com turbulência de número de Reynolds entre 30.000 e 300.000, e sem metais catalíticos, em que o controle de temperatura é feito por um ventilador (22) que circula o ar frio em sua camisa.System, according to claim 1, characterized in that the temperature of the hydrocarbon stream at the outlet of the reflux tower (8) is maintained between 220°C and 320°C, preferably between 240°C and 280°C with turbulence of Reynolds number between 30,000 and 300,000, and without catalytic metals, in which the temperature control is done by a fan (22) that circulates the cold air in its shirt. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a torre de refluxo (8) possuir um formato cônico divergente em sua camisa com sistema de anéis e "chapéus chinês" que combinados com a vazão da corrente de saída do reator principal (7) propiciam um fluxo turbulento para maximizar a troca térmica e ao mesmo tempo permita a descida da fração pesada (moléculas com cadeias superiores a C20-C28) escorra e retorne para o reator principal (7).System, according to claim 12, characterized by the fact that the reflux tower (8) has a divergent conical shape in its jacket with a system of rings and "Chinese hats" that combined with the flow of the output current of the main reactor ( 7) provide a turbulent flow to maximize thermal exchange and at the same time allow the heavy fraction (molecules with chains greater than C20-C28) to flow and return to the main reactor (7). Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a torre de catálise (9) com índice L/D de 3,0 a 5,0, permitir um tempo de residência de 2 a 12 segundos e apresentar uma temperatura de catálise entre 350 °C e 550 °C.System, according to claim 1, characterized in that the catalysis tower (9) with an L/D index of 3.0 to 5.0, allows a residence time of 2 to 12 seconds and presents a catalysis temperature between 350 °C and 550 °C. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sistema de condensação (10) condensar o gás em temperaturas entre 240 °C e 310 °C.System, according to claim 1, characterized in that the condensation system (10) condenses the gas at temperatures between 240 °C and 310 °C. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluido ser condensado a uma temperatura de até 110 °C e em um segundo ponto até 10 °C, utilizando água gelada, entre 0 °C e -15 °C, preferencialmente -5 °C, proveniente de um chiller (31).System, according to claim 1, characterized in that the fluid is condensed at a temperature of up to 110 °C and at a second point up to 10 °C, using cold water, between 0 °C and -15 °C, preferably -5 °C, coming from a chiller (31). Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a condensação ser realizada no trocador de calor recuperador (14) pelo aumento de pressão obtido pelo compressor (13), com pressão de trabalho variando de 1,5 bar a 5 bar, e temperatura de condensação de 30 °C a 70 °C.System, according to claim 1, characterized in that the condensation is carried out in the heat exchanger (14) by the pressure increase obtained by the compressor (13), with working pressure ranging from 1.5 bar to 5 bar, and condensing temperature from 30 °C to 70 °C. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o gás ser lavado num lavador de gases (bubbler) (12) principalmente com uma solução de CaOH ou NaOH.System, according to claim 1, characterized in that the gas is washed in a gas scrubber (bubbler) (12) mainly with a solution of CaOH or NaOH. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os tanques de r-gás residual (16) armazenarem o r-gás residual a uma pressão de 4 a 12 bar, e alimentarem os queimadores que provém energia térmica para as fornalhas (18 e 20).System, according to claim 1, characterized in that the residual r-gas tanks (16) store the residual r-gas at a pressure of 4 to 12 bar, and feed the burners that provide thermal energy for the furnaces ( 18 and 20). Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de tanto o GLP quanto o r-gas/Syngas serem transportados para o queimador e fornalha (18) do reator principal (7), e para o queimador e fornalha (20) do reator de torra (15) pela própria pressão de armazenagem dos seus tanques.System, according to claim 1, characterized in that both the LPG and the r-gas/Syngas are transported to the burner and furnace (18) of the main reactor (7), and to the burner and furnace (20) of the roasting reactor (15) by the storage pressure of its tanks. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o reaproveitamento energético do queimador e fornalha (18) ser feito através da recirculação em circuito fechado de gás quente utilizando um ventilador da rosca de fusão (19), em que o retorno do gás quente na entrada do queimador e fornalha (18) é de 450°C a 550°C.System, according to claim 1, characterized in that the energy reuse of the burner and furnace (18) is done through recirculation in a closed hot gas circuit using a melting screw fan (19), in which the return of the hot gas at the inlet of the burner and furnace (18) is 450°C to 550°C. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a recirculação ar quente no queimador e fornalha (18) ser realizada em circuito fechado entre fornalha (18), camisa do reator principal (7) trocador de calor (26) pós torre de refluxo (8), e trocador de calor (6) de fusão de plásticos.System, according to claim 1, characterized in that the hot air recirculation in the burner and furnace (18) is carried out in a closed circuit between furnace (18), main reactor jacket (7) heat exchanger (26) post tower reflux (8), and plastic melting heat exchanger (6). Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da descarga das cinzas de carbono geradas no reator principal (7) ser efetuada pela operação conjunta entre a válvula de descarga (35), a rosca de selagem (2 9) e o eixo do reator principal (7), sendo acoplado ao reator de torra (15) que revolve continuamente o material e o aquece até 500-6000 °C.System, according to claim 1, characterized in that the discharge of the carbon ash generated in the main reactor (7) is carried out by the joint operation between the discharge valve (35), the sealing thread (29) and the shaft of the main reactor (7), being coupled to the roasting reactor (15) which continuously revolves the material and heats it up to 500-6000 °C. Sistema, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato do reator de torra (15) apresentar um índice L/D entre 4,3 e 5,6, e possuir uma camisa de aquecimento abastecida pelo queimador e fornalha (20).System, according to claim 23, characterized in that the roasting reactor (15) has an L/D index between 4.3 and 5.6, and has a heating jacket supplied by the burner and furnace (20). Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de o produto final ser extraído através da rosca de retirada do reator de torra (27) e resfriado até 70°C no resfriador de cinzas de carbono (28), em que os gases gerados por este processo de torra também são absorvidos pelo sistema de compressão e utilizados como gases da planta, sendo inseridos no bubbler (12) e, após resfriado, o material é enviado por roscas transportadoras para ser estocado.System, according to any one of claims 1 to 24, characterized in that the final product is extracted through the removal screw of the roasting reactor (27) and cooled to 70°C in the carbon ash cooler (28), in which the gases generated by this roasting process are also absorbed by the compression system and used as plant gases, being inserted into the bubbler (12) and, after cooling, the material is sent through conveyor screws to be stored. Processo para transformação energeticamente eficiente de resíduos plásticos variados em hidrocarbonetos utilizando o sistema conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:
  • (a) Preparação do material com retirada e controle de contaminantes, e retirada de água;
  • (b) Homogeneização e alimentação do material no reator de pirólise;
  • (c) Reação de pirólise;
  • (d) Tratamento e fracionamento de hidrocarbonetos produzidos;
  • (e) Tratamento e armazenagem de gás de síntese;
  • (f) Utilização do gás de síntese armazenado para aquecimento dos reatores principal e secundário e geração de energia elétrica e térmica;
  • (g) Reaproveitamento térmico e exaustão de gases queimados; e
  • (h) Retirada e tratamento das cinzas de carbono.
Process for energy-efficient transformation of varied plastic waste into hydrocarbons using the system as defined in any one of claims 1 to 25, characterized in that it comprises the following steps:
  • (a) Preparation of material with removal and control of contaminants, and removal of water;
  • (b) Homogenization and feeding of the material in the pyrolysis reactor;
  • (c) Pyrolysis reaction;
  • (d) Treatment and fractionation of produced hydrocarbons;
  • (e) Syngas treatment and storage;
  • (f) Use of stored synthesis gas to heat the main and secondary reactors and generate electrical and thermal energy;
  • (g) Thermal reuse and exhaustion of burnt gases; and
  • (h) Removal and treatment of carbon ash.
Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato da etapa (a) compreender as seguintes subetapas:
  • a.1 Peneiração separadora de finos, equivalente a uma peneira rotativa tipo trommel;
  • a.2 Linha de separação manual para retirada de tecidos e volumosos;
  • a.3 Separação magnética para retirada de material ferroso magnético;
  • a.4 Trituração para atingir granulometria máxima de 250mm;
  • a.5 Retirada de plásticos (filmes) por sucção;
  • a.6 Moagem obtenção de partículas com dimensão máxima de 25mm;
  • a.7 Lavagem com banho de solução para retirada de contaminantes tais como clorados, oxigenados e silício;
  • a.8 Secagem em centrifuga para eliminação de impurezas residuais e secagem inicial;
  • a.9 Aglutinação para secagem final do material e aumento da densidade aparente; e
  • a.10 Estocagem e transporte.
Process, according to claim 26, characterized in that step (a) comprises the following substeps:
  • a.1 Fine separating sieve, equivalent to a rotating trommel sieve;
  • a.2 Manual separation line for removal of tissues and bulky items;
  • a.3 Magnetic separation to remove magnetic ferrous material;
  • a.4 Grinding to reach a maximum granulometry of 250mm;
  • a.5 Removal of plastics (films) by suction;
  • a.6 Grinding obtaining particles with a maximum dimension of 25mm;
  • a.7 Washing with solution bath to remove contaminants such as chlorinated, oxygenated and silicon;
  • a.8 Centrifuge drying to eliminate residual impurities and initial drying;
  • a.9 Agglutination for final drying of the material and increase in apparent density; and
  • a.10 Storage and transportation.
Processo, de acordo com a reivindicação 26 ou 27, caracterizado pelo fato de a etapa (a) possibilitar ainda o recebimento de material plástico contido em diversos tipos de resíduos e tratá-los mecanicamente e quimicamente com processo envolvendo sequência específica de peneiramento, trituração, sucção, moagem, lavagem, centrifugação e aglutinação, em que os resíduos tratados atendem as seguintes especificações:
  • - Teor máximo de humidade 5%;
  • - Densidade aparente entre 200 kg/m3 e 450 kg/m3;
  • - Tamanho máximo de partícula 25mm;
  • - Máximo de 300 ppm-m de cloretos totais;
  • - Máximo de 1100 ppb-m de oxigenados totais;
  • - Máximo de 300 ppb-m de nitrogenados;
  • - Máximo de 500 ppb-m de enxofre total;
  • - Máximo de 15 ppm-m de arsênio;
  • - Máximo de 50 ppm-m de cobre;
  • - Máximo de 5 ppm-m de mercúrio;
  • - Máximo de 5000 ppm-m de sódio;
  • - Máximo de 150 ppm-m de chumbo; e
  • - Máximo de 1100 ppm-m de silício.
Process, according to claim 26 or 27, characterized in that step (a) also allows the receipt of plastic material contained in various types of waste and treat them mechanically and chemically with a process involving a specific sequence of sieving, grinding, suction, grinding, washing, centrifugation and agglutination, in which the treated waste meets the following specifications:
  • - Maximum moisture content 5%;
  • - Apparent density between 200 kg/m3 and 450 kg/m3;
  • - Maximum particle size 25mm;
  • - Maximum of 300 ppm-m of total chlorides;
  • - Maximum of 1100 ppb-m of total oxygenates;
  • - Maximum of 300 ppb-m of nitrogenous;
  • - Maximum of 500 ppb-m of total sulfur;
  • - Maximum of 15 ppm-m of arsenic;
  • - Maximum of 50 ppm-m of copper;
  • - Maximum of 5 ppm-m of mercury;
  • - Maximum of 5000 ppm-m of sodium;
  • - Maximum of 150 ppm-m of lead; and
  • - Maximum 1100 ppm-m of silicon.
Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de na etapa (b) , a alimentação no reator de pirólise é iniciada quando o silo de armazenagem (2) estiver cheio, em que ao sair do silo, a matéria-prima passa por uma rosca alimentadora e dosadora (3) uniformizando o fluxo e através de controle que combina a leitura no medidor de fluxo de sólido (33) com a dosagem feita pelo dosador de catalisador (36) permite que o catalisador seja adicionado de forma precisa ao entrar no compactador (4) numa taxa entre 0,1% e 10% em massa em função da entrada de matéria-prima.Process, according to claim 26, characterized by the fact that in step (b), the feed into the pyrolysis reactor is started when the storage silo (2) is full, in which, when leaving the silo, the raw material passes by a feeder and dosing screw (3) standardizing the flow and through a control that combines the reading on the solid flow meter (33) with the dosage made by the catalyst doser (36) allows the catalyst to be added precisely to the enter the compactor (4) at a rate between 0.1% and 10% by mass depending on the input of raw material. Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de o compactador (4) alimentar uma rosca de fusão (5) fundindo o material e elevando a temperatura deste até entre 200 °C e 350 °C, em que após deixar a rosca de fusão (5), o material entra num trocador de calor (6), que recebendo calor do gás queimado na fornalha (18), aquece o material entre 350 °C e 450 °C e o alimenta no reator principal (7).Process, according to claim 26, characterized in that the compactor (4) feeds a melting screw (5) melting the material and raising its temperature to between 200 °C and 350 °C, in which after leaving the screw (5), the material enters a heat exchanger (6), which receives heat from the gas burned in the furnace (18), heats the material between 350 °C and 450 °C and feeds it into the main reactor (7). Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de na etapa (c) , a reação de pirólise ocorrer no reator principal (7) na faixa de temperatura entre 420 °C e 460 °C e com pressão manométrica de - 20,0 até + 50,0 KPa (- 0,2 até + 0,5 Bar) , durante um tempo de residência entre 10 minutos e 4 horas, preferencialmente 2 a 3 horas.Process, according to claim 26, characterized in that in step (c), the pyrolysis reaction occurs in the main reactor (7) in the temperature range between 420 °C and 460 °C and with a gauge pressure of -20, 0 to +50.0 KPa (-0.2 to +0.5 Bar), for a residence time between 10 minutes and 4 hours, preferably 2 to 3 hours. Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de na etapa (d) os hidrocarbonetos produzidos serem condensados em três pontos, sendo primeiro no sistema de condensação (10), o segundo nos trocadores de calor (11a e 11b) e o terceiro no trocador de calor recuperador (14).Process, according to claim 26, characterized in that in step (d) the hydrocarbons produced are condensed at three points, the first in the condensation system (10), the second in the heat exchangers (11a and 11b) and the third in the recuperative heat exchanger (14). Processo, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que no sistema de condensação (10) condensar o gás em temperaturas entre 240 °C e 310 °C.Process, according to claim 32, characterized by the fact that in the condensation system (10) condense the gas at temperatures between 240 °C and 310 °C. Processo, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de nos trocadores de calor (11a e 11b), o fluido ser condensado a uma temperatura de até 110 °C e em um segundo ponto até 10 °C.Process, according to claim 32, characterized by the fact that in the heat exchangers (11a and 11b), the fluid is condensed at a temperature of up to 110 °C and at a second point up to 10 °C. Processo, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de no trocador de calor recuperador (14), a pressão de trabalho variar de 1,5 bar a 5 bar, usando temperatura de condensação de 30 °C a 70 °C.Process, according to claim 32, characterized by the fact that in the recovering heat exchanger (14), the working pressure varies from 1.5 bar to 5 bar, using a condensation temperature of 30 °C to 70 °C. Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de na etapa (e) , o r-gás residual ser armazenado nos tanques de r-gás residual (16) a uma pressão de 4 a 12 bar.Process, according to claim 26, characterized in that in step (e), the residual r-gas is stored in the residual r-gas tanks (16) at a pressure of 4 to 12 bar. Processo, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de o gás armazenado nos tanques de r-gás residual (16) serem utilizados para alimentação dos queimadores que provém energia térmica para as fornalhas (18 e 20), em que trabalham em temperaturas entre 750 °C e 1.200 °C.Process, according to claim 36, characterized in that the gas stored in the residual gas tanks (16) are used to feed the burners that provide thermal energy for the furnaces (18 and 20), in which they work at temperatures between 750 °C and 1200 °C. Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de na etapa (g) a recirculação de ar quente no queimador e fornalha (18) ser realizada em circuito fechado entre fornalha (18), camisa do reator principal (7) trocador de calor (26) pós torre de refluxo (8), e trocador de calor (6) de fusão de plásticos, em que o gás de retorno para a fornalha (18) temperatura entre 400°C e 550°C.Process, according to claim 26, characterized in that in step (g) the recirculation of hot air in the burner and furnace (18) is carried out in a closed circuit between furnace (18), main reactor jacket (7) heat exchanger heat (26) post reflux tower (8), and heat exchanger (6) for melting plastics, in which the return gas to the furnace (18) has a temperature between 400°C and 550°C. Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de na etapa (h), após serem secas no reator de torra (15), as cinzas de carbono são conduzidas por rosca de retirada (27) do reator de torra para tanque resfriador (28) por onde permanecerá por 5 a 15 horas até ser resfriado.Process, according to claim 26, characterized by the fact that in step (h), after being dried in the roasting reactor (15), the carbon ash is conducted through a withdrawal screw (27) from the roasting reactor to the cooling tank (28) where it will remain for 5 to 15 hours until cooled. Processo, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de as cinzas de carbono serem utilizadas na rosca de selagem (29) do sistema de retirada de material do reator principal (7) ou ser enviado para silo de estoque final e embalagem para uso.Process, according to claim 39, characterized in that the carbon ash is used in the sealing thread (29) of the main reactor material removal system (7) or is sent to the final stock silo and packaging for use . Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 40, caracterizado pelo fato de ser realizado de forma contínua ou em batelada estendida, em que a forma contínua ocorre com a válvula de descarga (35) tendo sua abertura controlada, a rosca de selagem (29) inserindo material e o eixo do reator principal (7) girando entre 20 e 30 rpm no sentido de descarga, e na batelada estendida, a válvula de descarga (35) opera fechada e abre somente no momento da descarga completa do material contido no reator principal (7).Process, according to any one of claims 26 to 40, characterized in that it is carried out continuously or in extended batches, in which the continuous form occurs with the discharge valve (35) having its opening controlled, the sealing thread (29) inserting material and the shaft of the main reactor (7) rotating between 20 and 30 rpm in the direction of discharge, and in the extended batch, the discharge valve (35) operates closed and opens only at the moment of complete discharge of the contained material in the main reactor (7). Hidrocarbonetos produzidos conforme o processo definido em qualquer uma das reivindicações 26 a 41, caracterizados pelo fato de serem líquidos, pastosos, sólidos e gasosos, provenientes de fontes recicladas, consistindo em gás de síntese, hidrocarboneto leve, r-nafta, r-diesel, parafina e negro de fumo ou carvão ativado.Hydrocarbons produced according to the process defined in any one of claims 26 to 41, characterized in that they are liquid, pasty, solid and gaseous, from recycled sources, consisting of synthesis gas, light hydrocarbon, r-naphtha, r-diesel, paraffin and carbon black or activated carbon. Hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 42, caracterizados pelo fato de o gás de síntese apresentar ponto de ebulição final de 30 °C, e ser selecionado do grupo consistindo principalmente em propano, butano, metano, etano, propileno e iso-propileno.Hydrocarbons, according to claim 42, characterized in that the synthesis gas has a final boiling point of 30 °C, and is selected from the group consisting mainly of propane, butane, methane, ethane, propylene and iso-propylene. Hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 42, caracterizados pelo fato de a r-nafta apresentar ponto de ebulição inicial de 30 °C e ponto de ebulição final de 240 °C, e ser selecionada do grupo consistindo principalmente em alcanos, parafinas, iso-parafinas e olefinas.Hydrocarbons, according to claim 42, characterized in that the r-naphtha has an initial boiling point of 30 °C and a final boiling point of 240 °C, and is selected from the group consisting mainly of alkanes, paraffins, iso- paraffins and olefins. Hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 42, caracterizados pelo fato de o r-diesel apresentar ponto de ebulição inicial de 240 °C e ponto de ebulição final de 310 °C, e ser selecionado do grupo consistindo principalmente em alcanos, parafinas, isso-parafinas e olefinas.Hydrocarbons, according to claim 42, characterized in that the r-diesel has an initial boiling point of 240 °C and a final boiling point of 310 °C, and is selected from the group consisting mainly of alkanes, paraffins, i.e. paraffins and olefins. Hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 42, caracterizados pelo fato de a parafina apresentar ponto de ebulição inicial de 310 °C e ponto de ebulição final acima de 330 °C, em que é preferencialmente sólido à temperatura ambiente, líquido entre 35 °C e 55 °C, e ser selecionada do grupo consistindo principalmente em parafinas de cadeias lineares de baixa densidade.Hydrocarbons, according to claim 42, characterized in that the paraffin has an initial boiling point of 310 °C and a final boiling point above 330 °C, in which it is preferably solid at room temperature, liquid between 35 °C and 55 °C, and be selected from the group consisting mainly of low density straight chain paraffins. Hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 42, caracterizados pelo fato de o negro de fumo apresentar um tamanho de partículas entre 10 e 320 nm e densidade aparente (dbp) entre 50 a 120, e o carvão ativado apresentar uma humidade de até 5%, densidade entre 400 e 600 kg/m3, área superficial min de 300 m2/g e tamanho da partícula (<100μm) mínimo de 80%.Hydrocarbons, according to claim 42, characterized in that the carbon black has a particle size between 10 and 320 nm and apparent density (dbp) between 50 and 120, and the activated carbon has a humidity of up to 5%, density between 400 and 600 kg/m3, min surface area of 300 m2/g and particle size (<100μm) minimum of 80%. Uso dos hidrocarbonetos conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 42 a 47, caracterizado pelo fato de ser como:
  • - Gás reciclado engarrafado para substituição de gás fóssil em aplicações para aquecimento (r-gás residual);
  • - Fonte para geração de energia renovável advindo de gás reciclado (r-gás residual);
  • - Nafta reciclada em cracker petroquímico para produção de plásticos virgens (nafta);
  • - Aditivo reciclado para óleo diesel fóssil (diesel);
  • - Matérias-primas recicladas para a indústria
  • química substituindo hidrocarbonetos fósseis
  • (nafta/leve/diesel);
  • - Insumos químicos reciclados substituindo insumos fósseis (leve/diesel);
  • - Óleos de queima sustentável para substituição de óleos fósseis (/leve/diesel);
  • - Parafinas recicladas para aplicação industrial e não industrial substituindo parafinas fósseis (parafinas);
  • - Negro de fumo reciclado substituindo negro de fumo fósseis (negro de fumo) e carvão ativado reciclado substituindo material fóssil;
Use of hydrocarbons as defined in any one of claims 42 to 47, characterized by the fact that it is as follows:
  • - Recycled bottled gas to replace fossil gas in heating applications (r-waste gas);
  • - Source for generating renewable energy from recycled gas (r-residual gas);
  • - Naphtha recycled in petrochemical crackers to produce virgin plastics (naphtha);
  • - Recycled additive for fossil diesel oil (diesel);
  • - Recycled raw materials for industry
  • chemistry replacing fossil hydrocarbons
  • (naphtha/light/diesel);
  • - Recycled chemical inputs replacing fossil inputs (light/diesel);
  • - Sustainable burning oils to replace fossil oils (/light/diesel);
  • - Recycled paraffins for industrial and non-industrial application replacing fossil paraffins (paraffins);
  • - Recycled carbon black replacing fossil carbon black (carbon black) and recycled activated carbon replacing fossil material;
Uso dos hidrocarbonetos, de acordo com a reivindicação 48, caracterizado pelo fato de ser ainda para:
  • - Valorização de plásticos de baixo valor agregado, plásticos multicamadas e plásticos multicomponentes que poderiam terminar no aterro;
  • - Produção de nafta petroquímica advinda de fontes recicladas (r-nafta) para substituição de nafta fóssil;
  • - Produção de diesel advindo de fontes recicladas (r-Diesel) e substituição de Diesel fóssil;
  • - Produção de outros hidrocarbonetos (r-hidro) com aplicação na indústria química;
  • - Produção de parafinas leves (r-parafinas leves);
  • - Produção de parafinas pesadas (r-parafinas pesadas);
  • - Produção de negro de fumo (r-negro de fumo) e carvão ativado (r-carvão ativado);
  • - Produção de gás de síntese (r-gás residual); e
  • - Produção de energia elétrica advinda de fontes renováveis.
Use of hydrocarbons, according to claim 48, characterized by the fact that it is also for:
  • - Valuation of plastics with low added value, multilayer plastics and multicomponent plastics that could end up in landfills;
  • - Production of petrochemical naphtha from recycled sources (r-naphtha) to replace fossil naphtha;
  • - Production of diesel from recycled sources (r-Diesel) and replacement of fossil diesel;
  • - Production of other hydrocarbons (r-hydro) with application in the chemical industry;
  • - Production of light paraffins (r-light paraffins);
  • - Production of heavy paraffins (heavy r-paraffins);
  • - Production of carbon black (r-carbon black) and activated carbon (r-activated carbon);
  • - Production of synthesis gas (r-waste gas); and
  • - Production of electricity from renewable sources.
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