Estudio de la pirólisis de residuos plásticos de polietileno y neumáticos usados. Juan Antonio

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Estudio de la pirólisis de residuos plásticos de polietileno y neumáticos usados. Juan Antonio Conesa Ferrer
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 1996
Estudio de la pirólisis de residuos plásticos de polietileno y neumáticos usados. Juan Antonio Conesa Ferrer
UNIVERSIDAD DE ALICANTE
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
Juan Antonio Conesa Ferrer
ESTUDIO DE LA PIRÓLISIS DE RESIDUOS
PLÁSTICOS DE POLIETILENO Y NEUMÁTICOS USADOS
TESIS DOCTORAL
Memoria que para optar al grado de Doctor
en Ingeniería Química presenta
Juan Antonio Conesa Ferrer
Alicante, Enero 1996
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 1996
Estudio de la pirólisis de residuos plásticos de polietileno y neumáticos usados. Juan Antonio Conesa Ferrer
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 1996
Estudio de la pirólisis de residuos plásticos de polietileno y neumáticos usados. Juan Antonio Conesa Ferrer
D. RAFAEL FONT MONTESINOS, Catedrático Numerario del Departamento de Ingeniería
Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Alicante, y
D. ANTONIO MARCILLA GOMIS, Catedrático Numerario del Departamento de Ingeniería
Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Alicante.
CERTIFICAMOS: Que D. JUAN ANTONIO CONESA FERRER, Licenciado en Ciencias
Químicas, ha realizado bajo nuestra dirección, en el Departamento de Ingeniería Química
de la Universidad de Alicante el trabajo que con el título "ESTUDIO DE LA PIRÓLISIS DE
RESIDUOS PLÁSTICOS DE POLIETILENO Y NEUMÁTICOS USADOS", constituye su Memoria
para aspirar al Grado de Doctor en Ingeniería Química, reuniendo a nuestro juicio, las
condiciones necesarias para ser presentada y defendida ante el tribunal correspondiente.
Y para que conste a los efectos oportunos, en cumplimiento de la legislación
vigente, firmamos el presente certificado a 23 de Enero de 1996.
u-
Rafael Font Montesinos Antonio Marcilla Gomis
Tesis doctoral de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 1996
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AGRADECIMIENTOS
Quiero dar las gracias, de un modo especial, a los Drs. D. Antonio Marcüla
Gomis y D. Rafael Font Montesinos, Directores de este trabajo, por su ayuda y
apoyo en todo momento.
Gracias también a mis compañeros de pirólisis (Chicho, Angela, Maribel...),
a mis compañeros de planta (Manolo .Α , Nacho...), a mis compañeros de cafés
(Juan, Juan Carlos, Manolo R...), y a todos los miembros del Departamento.
Mi familia, y en especial Marga, me animaron desde el principio y sin su
apoyo y ayuda este trabajo no hubiera sido posible.
Esta investigación ha sido realizada parcialmente disfrutando de una Beca
de Investigación de la Consellería de Cultura, Educado i Ciencia de la Generalitat
Valenciana.
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INDICE
INDICE 1
RESUMEN 7
2. INTRODUCCIÓN 11
2.1. Los RESIDUOS PLÁSTICOS 11
2.1.1. Tipos, producción y usos de los plásticos 12
2.1.2. Generación de residuos plásticos 15
2.1.3. Reciclado de los residuos plásticos 19
2.1.4. Presencia de plásticos en los RSU 21
2.1.5. Aprovechamiento químico de los residuos plásticos ....26
2.2. POLIETILENO Y SUS RESIDUOS 30
2.2.1. Fabricación del polietileno 30
2.2.2. Estructura química 32
2.2.3. Estructura física 34
2.2.4. Propiedades físicas 35
2.2.5. Propiedades químicas 37
2.3. PIRÓLISIS DE RESIDUOS SÓLIDOS 37
2.3.1. Influencia de las condiciones de operación en la pirólisis
de residuos lignocelulósicos y residuos sólidos urbanos 42
2.4. EXPERIENCIA DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA 49
2.5. ESTADO ACTUAL DE LA PIRÓLISIS DE POLIETILENO 50
2.5.1. Reacciones y cinética en la pirólisis de poliolefinas 50
2.5.1.1 Polietileno y polimetileno 55
2.5.1.2 Copolímeros de etileno y propileno 58
2.5.1.3 Polipropileno y poliisobutileno 58
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2.5.2. Influencia de las condiciones de operación en la pirólisis
de residuos plásticos 58
2.5.3. Procesos de pirólisis de residuos plásticos 61
2.5.4. Posibilidades de los procesos de pirólisis 65
2.5.5. Limitaciones de los procesos de pirólisis 68
3. OBJETO DE LA INVESTIGACIÓN 71
4. MATERIALES Y MÉTODOS MATEMÁTICOS 73
5. ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO DE LA PIRÓLISIS DE
POLIETILENO 85
5.1. INTRODUCCIÓN 85
5.2. EQUIPO Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 87
5.3. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIÓN 89
5.3.1. Experimentos dinámicos 89
5.3.2. Experimentos isotermos 101
5.3.3. Experimentos dinámicos con diferente cantidad inicial
de muestra 105
5.4. COMPARACIÓN CON OTROS PARÁMETROS DE LA BIBLIOGRAFÍA .. 109
5.5. CONCLUSIONES 111
6. PIRÓLISIS DE POLIETILENO A VELOCIDAD DE CALEFACCIÓN
ELEVADA 113
6.1 INTRODUCCIÓN. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO PYROPROBE 1000... 113
6.2. DESARROLLO DE UN EXPERIMENTO 115
6.3. RESULTADOS 115
6.4. CONCLUSIONES 118
7. PIRÓLISIS DEL POLIETILENO EN UN REACTOR DE LECHO
FLUIDIZADO. OPERACIÓN EN DISCONTINUO 119
7.1. INTRODUCCIÓN 119
2
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INDICE
7.2. EQUIPO Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 122
7.2.1. Equipo experimental 122
7.2.2. Procedimiento experimental 129
7.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 131
7.3.1. Estudio fluidodinámico 131
7.3.2. Efecto de la temperatura y tiempo de residencia de los
volátiles en el reactor sobre los rendimientos de los
productos secundarios en la pirólisis de polietileno 133
7.3.3. Correlación de resultados 167
7.3.4. Pirólisis de polietileno procesado 181
7.3.5. Estudio cinético del proceso 183
7.4. CONCLUSIONES 214
8. PIRÓLISIS DE POLIETILENO EN UN REACTOR DE LECHO
FLUIDIZADO. OPERACIÓN EN CONTINUO 217
8.1. INTRODUCCIÓN. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 217
8.2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 222
8.3. CRAQUEO DE VOLÁTILES PRODUCIDOS A DISTINTA TEMPERATURA
PRIMARIA 239
8.4. COMPARACIÓN CON LA BIBLIOGRAFÍA 248
8.5. CONCLUSIONES 250
9. PIRÓLISIS DE NEUMÁTICOS USADOS EN UN REACTOR DE
LECHO FLUIDIZADO 251
9.1. INTRODUCCIÓN: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y OBJETIVOS 251
9.2 MATERIALES Y EQUIPO EXPERIMENTAL 255
9.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 257
9.3.1. Experimentos realizados en Pyroprobe 1000 257
3
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9.3.2 Influencia de temperatura y tiempo de residencia en los
rendimientos de los productos obtenidos por pirólisis de
neumáticos 258
9.3.3. Fracciones líquida y sólida 274
9.3.4. Correlación de resultados 276
9.4. CONCLUSIONES 282
10. CONCLUSIONES GENERALES 283
APÉNDICES 287
A. ANÁLISIS DE LOS GASES POR CROMATOGRAFÍA 287
B. EQUIPO EXPERIMENTAL: REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO 294
B1. Perfiles de temperatura sobre el lecho de arena en el
Reactor de Lecho Fluidizado 294
B2. Cálculo de la Velocidad Mínima de Fluidización 296
C. MODELO DE AJUSTE DE LOS DATOS OBTENIDOS EN TG 300
D. MODELO DE AJUSTE DE LOS DATOS OBTENIDOS EN EL REACTOR DE
LECHO FLUIDIZADO 307
E. DISEÑO DEL ALIMENTADOR SINFÍN 312
NOMENCLATURA 313
BIBLIOGRAFÍA 321
A. BIBLIOGRAFÍA CITADA 321
B. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL 336
b1) Pirólisis en general, cinética, diseño de reactores 336
b2) Residuos sólidos urbanos, biomasa en general, madera. 344
b3) Celulosa 351
b4) Lignina 355
b5) Lodos 355
b6) Plásticos 356
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