Proceso de pirólisis y reformado en línea para la producción de H2 a partir de residuos plásticos

Abstract

Esta tesis doctoral se enmarca en una línea de investigación sobre el desarrollo de procesos térmicos ycatalíticos para la valorización de residuos plásticos, encaminada a la obtención de combustibles líquidos,materias primas o H2. El principal objetivo ha sido la propuesta e implantación a escala de planta pilotode una tecnología original de operación continua para la producción de H2, con dos reactores en línea, depirólisis rápida de los plásticos el primero (spouted bed cónico) y de reformado catalítico con vapor delos volátiles el segundo (de lecho fluidizado).Para los plásticos estudiados (HDPE, PP, PS, PET y una mezcla de ellos), el reactor de spouted bedcónico tiene unas características idóneas, atendiendo a la sencillez de su diseño y a las ventajas respectoal reactor fluidizado, permitiendo la valorización en régimen continuo de materiales de textura irregular yen condiciones (isotermicidad, tiempo de residencia de los volátiles reducido) adecuadas para evitar lasreacciones secundarias. Se ha comprobado que por su carácter inerte a la temperatura (500 ºC) requeridaen el reactor de pirólisis, se puede utilizar vapor de agua como agente fluidizante, lo que mejora laeconomía del proceso. Así mismo, se han identificado los rendimientos de los productos de pirólisis.La utilización en línea del reactor de lecho fluidizado permite una operación de reformado prolongada,sin bloqueo del lecho por la formación de coque sobre el catalizador utilizado (comercial de Ni).Los resultados del reformado para los distintos plásticos (conversión, rendimiento y selectividad de H2)han permitido evaluar el efecto de la composición de los plásticos y de los volátiles de su pirólisis sobrelos resultados. Así mismo, se ha determinado la capacidad del catalizador comercial de Ni para elreformado de los volátiles de la pirólisis de los diferentes plásticos y de su mezcla.Se ha analizado el coque que causa la desactivación del catalizador, determinando su naturaleza (confracciones amorfa y fibrilar) y la evolución de su composición con el tiempo. La identificación de loscomponentes precursores de coque ha permitido formular una ecuación cinética de desactivación.Para la valorización del HDPE se ha establecido un modelo cinético que permite la simulación delproceso en un amplio intervalo de condiciones de operación (temperatura, tiempo espacial en elreformado y tiempo de reacción.El nivel de desarrollo (planta piloto) y el modelo cinético obtenidos son herramientas de interés paraprogresar hacia la implantación de una tecnología industrial para la valorización de residuos plásticos agran escala.