Evaluación Del Proceso De Pirolisis Para La Obtención De Combustibles A Partir De Llantas Usadas

Abstract

La actual problemática de los residuos sólidos urbanos junto con la necesidad de obtener energía y materias primas a partir de fuentes diferentes a los combustibles fósiles plantea retos interesantes a la ingeniería ambiental, pues se debe proponer soluciones innovadoras que permitan la posibilidad de emplear materias primas renovables, maximizando en lo posible, el ciclo de vida de un residuo y proponiendo una solución con beneficios energéticos y ambientales. Uno de los residuos que más se genera en las ciudades, y mayor impacto negativo posee, son los neumáticos usados. Por lo tanto, el presente proyecto busca investigar la posibilidad de obtener productos o sustancias combustibles evaluando el proceso de pirólisis a partir de las llantas usadas en una atmósfera de nitrógeno, esto empleando dos tamaños de partícula (0.5 mm y 1 mm) y dos temperaturas (500 y 700 °C), determinando el grado de rendimiento de los productos sólido, líquido y gas, a partir de un diseño de experimentos. La materia prima se caracterizó empleando análisis granulométrico, próximo y elemental, además de establecer los grupos funcionales inicialmente presentes por FT-IR. La selección de las temperaturas de pirólisis se determinó con base en los resultados del análisis termogravimétrico. El rendimiento de los productos líquido y sólido, se determinaron pesando las muestras resultantes y para el producto gaseoso mediante un balance de materia. Como resultado, se puede determinar que las condiciones más favorables para la obtención de mayor fracción gaseosa es función importante de la temperatura y para la fracción líquida es el tamaño de partícula. Se encontró también que los residuos de neumáticos constituyen una potencial y muy útil fuente de combustibles y materias primas. Por otro lado, las fracciones líquida y gaseosa se caracterizaron mediante cromatografía gaseosa, en ella se encontraron alrededor de 100 compuestos diferentes que se pueden agrupar en aromáticos y alifáticos saturados e insaturados con diferentes números de carbono en su estructura. Todos estos compuestos tienen uso potencial como combustibles o precursores de materias primas. La fracción solida se caracterizó mediante poder calorífico, análisis elemental y de grupos funcionales por FT-IR y morfología mediante pruebas de SEM. Adicionalmente a esto, la fracción líquida se sometió a una separación de fases y posterior proceso de destilación, con lo que se obtuvo la fracción ligera y se caracterizó por cromatografía. También se realizó la determinación de la cinética química del proceso de pirólisis de la llanta obteniendo las constantes cinéticas de velocidad de reacción junto con la energía de activación. Igualmente se realizó un análisis termodinámico de la reacción de pirólisis empleando el software CEA de la nasa para la obtención de la variación de la entalpia y energía libre de Gibbs en función de la temperatura. The current problem of urban solid waste and with the need to obtain energy and raw materials from other sources of fossil fuels poses interesting challenges to environmental engineering, it must propose innovative solutions that allow the possibility of using renewable raw materials, maximizing as possible the life cycle of a waste and proposing a solution with energy and environmental benefits. One of the most generated waste in cities and the greatest negative impact it has are used tires. Therefore, the present project search to investigate the possibility of obtaining products or combustible substances evaluating the pyrolysis process from the used tires in a nitrogen atmosphere, using two particle sizes (0.5 mm and 1 mm) and two temperatures (500 and 700 C), determining the degree of performance of solid, liquid and gas products, from an experimental design. The raw material was characterized using granulometric, proximal and elementary analysis, in addition to establishing the functional groups initially present by FTIR. The selection of pyrolysis temperatures was determined based on the results of the thermogravimetric analysis. The performance of the liquid and solid products was determined by weighing the resulting samples and for the gaseous product by means of a material balance. As a result it can be determined that the most favorable conditions for obtaining a greater liquid fraction is in function of the temperature and for the liquid fraction is the particle size. It was also found that tire waste is a potential and very useful source of fuel and raw materials. The liquid and gaseous fractions were characterized by gas chromatography. In the liquid and gaseous fractions were found about 100 different compounds that can be grouped into saturated and unsaturated aromatics and aliphatics with different carbon numbers in their structure. All these compounds have potential use as fuels or precursors of raw materials. The solid fraction was characterized by calorific power, elemental analysis and functional groups by FTIR and morphology by SEM tests. In addition, the liquid fraction was subjected to a phase separation and subsequent distillation process, with which the light fraction was obtained and characterized by chromatography. The determination of the chemical kinetics of the pyrolysis process of the tire was also obtained, obtaining the kinetic constants of the reaction speed and the activation energy. Also a thermodynamic analysis of the pyrolysis reaction was performed using the CEA software of the NASA to obtain the enthalpy variation and free energy of Gibbs as a function of temperature.