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Universidad de Lima

Escuela Universitaria de Ingeniería

Facultad de Ingeniería Industrial

Tecnología Industrial – Trabajo de Investigación:

La pirólisis como técnica de tratamiento térmico en la recuperación de aluminio

Lima, Perú

Junio del 2013

Contenido

Introducción 3

Marco Teórico 5

Diccionario Explicativo 10

Resumen del Artículo 12

Diagrama de Flujo 16

Conclusiones 17

Introducción

En la actualidad, la protección del medio ambiente ha tomado un papel relevante en las decisiones tomadas a nivel mundial. Luego de años de fuerte contaminación producidas por las diversas industrias desde el boom de las revoluciones industriales y con ello el uso continuado de carbón y combustibles fósiles, es en estas últimas décadas que se ha tomado una verdadera conciencia ambiental.

Eso ha influido notablemente en el sector industrial que ahora, en parte, se preocupa por cumplir con estándares de producción que no perjudiquen al medio ambiente, desarrollando productos que generen menos desperdicios además de estrategias de Producción Más Limpia (P+L), uso eficiente de las reservas energéticas y tratamiento de efluentes tóxicos. A su vez el consumidor también ha cambiado en su decisión de compra, orientándose ahora más por los productos eco friendly, orgánicos y menos contaminantes.

Otro de los problemas que surgen en estos días es el agotamiento de la fuente de energía más utilizada por nosotros: los combustibles fósiles. Con la creciente demanda de energía se ha vuelto necesario emprender la búsqueda de nuevas fuentes que a su vez sean más limpias y eficientes. Se prevé que en el Perú, por ejemplo, la demanda de energía crecerá hasta en un 9% anual hasta el año 2016 para poder sustentar el crecimiento económico que venimos teniendo en estos años; sin embargo, con la infraestructura actual se prevé también que la escasez de energía en el país será una realidad a partir de finales de esta década.

Pero el panorama no es totalmente desalentador ya que el desarrollo tecnológico está trayendo consigo soluciones tanto al problema del tratado de residuos sólidos como al de la falta de energía. Una de esas innovaciones ha sido desarrollada por la sueca Stora Enso, la cual ha creado un procedimiento para el reciclaje integral de los famosos Tetra Brik® creados por Tetra Pak™. Este proceso se diferencias de sus predecesores al reciclar los 3 componentes básicos del empaque: aluminio, cartón y plástico, generando papel reciclado, aluminio y, lo que quizás destaca más, energía a través de pirolisis. Todo esto le ha valido incluso el premio “The Best of the Best” otorgado por la Unión Europea.

En el presente trabajo de investigación se describirá con mayor profundidad el proceso desde el punto de vista tecnológico, mencionando además las ventajas y posibles usos de los outputs generados en éste. Para ello se utilizarán diagramas de flujo y del proceso como ayuda visual.

Finalmente, es importante resaltar el notable aporte de la tecnología a la mejora de procesos. Gracias a innovaciones como la descrita es que se puede dar solución a muchos de los problemas que poseemos y hacer de este mundo, un mundo más desarrollado.

Marco Teórico

1. Contaminación ambiental

Como se mencionó en la introducción, la tendencia actual es la de una industria y un mundo más limpio y amigable con el medio ambiente. Mucho se culpa a la industria de la contaminación existente; sin embargo, los residuos generados por el hombre representan un gran problema ambiental en todo el mundo.

Nuestro país no se salva de ello. Para darnos una idea, si analizamos las estadísticas brindadas por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), en octubre del año 2007 sólo en Lima Metropolitana se alcanzó la cifra de 154 mil 610 toneladas de basura en los rellenos sanitarios. Lima es la ciudad que genera la mayor cantidad residuos sólidos por día. Una de las principales causas es que posee la mayor cantidad de habitantes del país al ser el centro económico, industrial y financiero.

En el 2011, en la ciudad se llegó la cifra de 2’475,927 toneladas de basura generada en sus 43 distritos, siendo el distrito de San Isidro el que mayor cantidad de basura por habitante generó, como se puede apreciar en el siguiente gráfico:

La generación de residuos sólidos en Lima Metropolitana además sigue una tendencia creciente en los últimos 10 años creciendo desde 1’547,025 toneladas en el 2002 hasta las 2’490,695 en el 2012

Conforme aumenta la población en la capital del país, es inevitable que también aumente la generación de desperdicios; sin embargo, es necesario el adecuado tratamiento de los mismos a través de mecanismos eficientes, como el reciclaje. En la actualidad se posee mucha información del reciclaje de materiales comunes, como el papel, vidrio y plástico, pero no de materiales como el aluminio que no deja de ser menos importante en este proceso, ya que los desperdicios generados por su uso pueden ser tan o más perjudiciales que los de los materiales mencionados.

2. Tetra Brik®

El Tetra Brik es el envase conocido por excelencia de la compañía suiza Tetra Pak. Este envase surge en el año 1963 como un producto de empacado ligero que permite aislar y mantener por mayor tiempo al producto conservando sus propiedades organolépticas.

Los Tetra Brik están compuestos por:

• Papel: Garantiza la estabilidad y resistencia del envase.

• Aluminio: Aísla al alimento del oxígeno, luz y olores que pudieran estar presentes.

• Polietileno: Impide el contacto de los alimentos con el aluminio.

El Tetra Brik es uno de los envases más utilizados a nivel mundial y cada año millones son utilizados en todo el planeta. Es por ello que surge una gran oportunidad en lo que se refiere al reciclado de éste, pudiendo obtenerse cartón reciclado, aluminio y energía. Lo más importante de esta realidad comercial es que reduce el gasto energético en un 95%. Mientras el proceso de obtención de un kilo de aluminio demanda 15kwh de energía eléctrica, el reciclaje de este material mediante el sistema de fundición apenas demanda, 0,75kwh.

Según datos obtenidos del diario Gestión, en nuestro país, la compañía ha superado, al 2012, las 1400 toneladas en cuando a envases reciclados. Esto equivale al 15% de lo que existe en el mercado peruano. Siendo su meta para el año 2020 recolectar el 40% de envases existentes en el mercado. Lamentablemente en nuestro país aún no se utiliza el moderno procedimiento creado por Stora Enso para la pirolisis del aluminio de los envases, por lo que el reciclaje aquí consiste básicamente en la generación de polialuminio como un material resistente utilizado para construir carpetas, sillas, etc.

3. Pirolisis

La pirolisis es la descomposición termoquímica en ausencia de oxígeno y a altas temperaturas de la materia orgánica. Esta genera un cambio tanto físico como químico por lo que se le considera un proceso irreversible.

La pirolisis generalmente se realiza a temperaturas por encima de los 430°C y produce como outputs gases y sólidos (comúnmente carbón). Se utiliza en muchos procesos tales como producción de carbón, biocombustibles y fibras de carbono.

Diccionario Explicativo

o Vertedero controlado: Instalaciones de tratamiento que se encuentran al final de la cadena de gestión de los residuos. Así, los rechazos de los residuos que no pueden valorizarse o reutilizarse, después de su gestión previa en una planta de tratamiento, tienen como destino final el Depósito Controlado.

o Incineración: Proceso que consiste en la reducción a cenizas de algo mediante el uso de fuego.

o Gasificar: Hacer que un líquido o un sólido pase al estado gaseoso.

o Pirólisis: Descomposición de una sustancia por elevación de la temperatura.

o Digestión anaerobia: Proceso en el cual microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno.

o Compostaje: Humus obtenido artificialmente por descomposición bioquímica en caliente de residuos orgánicos

o Cracking catalítico: Proceso de la refinación del petróleo que consiste en la descomposición termal de los componentes del petróleo en presencia de un catalizador, con el propósito de craquear hidrocarburos pesados cuyo punto de ebullición es igual o superior a los 315 °C, y convertirlos en hidrocarburos livianos de cadena corta cuyo punto de ebullición se encuentra por debajo de los 221 °C. Dichos catalizadores se presentan en forma granular o micro esférica

o Incineración RSU: Es el tratamiento que se le da a los residuos sólidos urbanos

o Coalescencia: Es la posibilidad de dos o más materiales de unirse en un único cuerpo.

Resumen del Artículo

El artículo empieza mencionando el problema que genera el aumento en el número de desperdicios en la actualidad. Ante ello se vislumbran generalmente tres posibilidades:

o Reciclado mecánico: Aplicable únicamente a los termoplásticos que se funden con la temperatura, consiste en trocear y pasar el material por una extrusora

o Reciclado químico: Utilizado en plásticos muy degradados, recupera las materias primas a través de cracking, hidrocracking, hidrólisis, etc.

o Valorización energética: Aplicable a plásticos muy degradados, recupera la energía del proceso de combustión de los plásticos

El proceso de valorización energética aplicado a empaques Tetra Brik se divide en cuatro etapas clave: pretratamiento del residuo, tratamiento térmico, tratamiento de efluentes y valorización energética.

1. Pretratamiento del residuo:

Los envases de Tetra Pak son secados para disminuir rastros de humedad y con ello el consumo energético necesario en el proceso de pirolisis. Además pasan por un proceso de corte a través de un molino de cuchilla, a tamaños entre 1 y 2 cm para así poder aumentar la superficie de contacto y mejorar el proceso.

2. Tratamiento térmico:

Luego de ello se realiza el proceso de pirolisis en cámaras de calor a más de 400°C en donde el plástico se gasifica y el aluminio permanece sólido junto a algunos residuos de cartón que se carbonizan.

3. Tratamiento de efluentes:

Se menciona que para acondicionar los gases producidos en la pirolisis, se utiliza el método húmedo. Para ello primero se enfría el gas en una cámara convectiva a través de pulverización de agua de donde salen dos corrientes: una gaseosa húmeda con la mayor parte de los componentes combustibles gaseosos y otra líquida formada por hidrocarburos de alto peso molecular. La parte gaseosa pasa por un filtro en donde se eliminan impurezas y después se deshumidifica a través de enfriamiento en circuito cerrado para finalmente ser utilizada en motores como combustible.

La parte líquida pasa primero por un separador de fases en donde se divide en hidrocarburos que pasan a ser almacenados en un tanque de recolección mientras que el agua es filtrada a través de una membrana y enfriada a través de un intercambiador de calor para volver a ser utilizada en el proceso.

Por su parte el aluminio es sometido a un proceso de oxidación térmica a baja temperatura de donde se obtiene aluminio limpio y una corriente de gases a aproximadamente 500°C que puede ser utilizada para cubrir los requerimientos energéticos del proceso.

4. Valorización energética:

Finalmente queda la duda de qué hacer con la parte líquida del gas extraído, rico en olefinas, parafinas y otros componentes. Para ello se plantean dos alternativas:

• Como materia prima para la producción de otros componentes a través de cracking catalítico

• Como combustible para la producción simultánea de energía eléctrica y térmica.

Finalmente se prueba que la segunda alternativa es rentable al calcular la diferencia entre la energía necesaria para el proceso de pirolisis y la energía obtenida que se presenta en esta tabla:

Proceso Energía Térmica (KW) Energía Eléctrica (KW)

Combustión 403.2 786.95

Gasificación 550.06 934.3

Diferencia 146.86 147.35

Conclusiones

• El tratamiento de pirolisis demuestra ser un efectivo proceso de valorización de residuos sólidos al permitir transformar los desperdicios de envases de Tetra Pak en insumos utilizables tales como cartón reciclado, aluminio y energía.

• Si bien el proceso de pirolisis consume energía, se demuestra que gracias a la valorización energética es posible producir una cantidad mayor de energía, quedando una diferencia que puede ser utilizada para otros usos aparte de la utilización en el proceso de reciclado.

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