Evaluación de un sistema de pirólisis para material de empaque plástico de una empresa alimenticia.

Abstract

En diversas industrias los plásticos han reemplazado a otros materiales tradicionales, por lo que su producción ha aumentado con los años. Se realizan mezclas de plásticos para generar materiales con propiedades específicas, lo que ha generado una problemática ambiental debido a las dificultades para la disposición, tratamiento o reciclaje de cada componente. En búsqueda de una solución a este problema, se llevó a cabo el siguiente trabajo para presentar los resultados de la evaluación de un sistema de pirólisis como forma de tratamiento de residuos plásticos. Para esto, se hicieron pruebas a escala laboratorio utilizando los desechos de material de empaque de polipropileno metalizado de una industria alimenticia. El material de empaque de polipropileno metalizado proveído fue inicialmente caracterizado para definir sus propiedades y plantear un sistema de acondicionamiento. También se realizó un análisis termogravimétrico para determinar el rango de temperatura del proceso de pirólisis de este material, que resultó entre 415°C y 475°C. Luego se hicieron las pruebas a escala laboratorio empleando un sistema compuesto por un reactor de acero inoxidable, una mufla y un sistema de condensadores. Esto permitió cuantificar y analizar la composición y rendimiento de los productos líquido, gaseoso y sólido, que fueron utilizados para el planteamiento de un modelo cinético de la reacción de descomposición térmica. El modelo cinético se basó en la ley potencial y la ecuación de Arrhenius para expresar el avance de la reacción como una función de la pérdida de masa en el tiempo. Analizado a cinco curvas de calentamiento, el modelo con temperatura final de 475 °C fue el que mejor predijo el comportamiento de la reacción. Con los parámetros cinéticos de este modelo, se desarrolló un modelo de simulación con el software SuperPro Designer® y Berkeley Madonna® para dimensionar un reactor de pirólisis escala planta piloto y se propuso un reactor cilíndrico horizontal semicontinuo de acero inoxidable. Posteriormente se analizaron las posibles aplicaciones de los productos mayoritarios obtenidos; líquido y sólido, para evaluar su aprovechamiento energético. También se analizó la composición del producto gaseoso en donde se determinó que el compuesto mayoritario era el propileno. Para la caracterización de la composición porcentual de los productos gaseosos y líquidos, se utilizó la técnica de cromatografía de gases con detector de masas. La caracterización física del líquido se realizó con pruebas de densidad, viscosidad cinemática, gravedad API y punto de inflamación; con ello fue posible evaluar la viabilidad de emplearlo como combustible para hornos al mezclar con bunker. Para la caracterización del producto sólido, se hizo un análisis ICP. Con esos resultados, la aplicación del sólido o char fue enfocada a su uso como abono; este puede utilizarse como fuente de nitrógeno en los suelos ya que posee un contenido de nitrógeno de 1.35% m/m y como mejorador de suelos acidificados por su pH. Finalmente, se llevó a cabo un análisis económico basado en la producción anual de los desechos de polipropileno de la industria alimenticia y los rendimientos de los productos del proceso de pirólisis, estableciendo que el proyecto posee beneficios sobre el escenario actual, por lo que al implementarse generará ahorros a la empresa.