Designing a pilot plant for treating condensed acid tar produced in oil re-refining factories as a feedstock of bitumen-based materials and catalytic cracking units
Este artículo presenta el diseño y la optimización de una planta piloto para el tratamiento de alquitrán ácido condensado y arcilla gastada provenientes del refino de aceites, utilizando la emulsificación agua/aceite y la extracción con solventes para separar los componentes para su conversión en materiales a base de betún e hidrocarburos mediante craqueo, proponiendo finalmente un complejo industrial integral para la gestión de residuos y la recuperación de energía.
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El Gran Problema: El "Lodo Pegajoso y Agrio"
Imagine las refinerías de petróleo como cocinas gigantes donde intentan limpiar el aceite de motor viejo y usado para que sea bueno como nuevo. Una de las formas anticuadas de hacer esto implica usar un ácido fuerte (como un jugo de limón superpotenciado) y arcilla (como una esponja gigante).
Este proceso deja atrás un subproducto desagradable llamado Alquitrán Ácido. Piense en este alquitrán como una sustancia viscosa, negra y pegajosa que es:
- Agria: Está empapada en ácido peligroso.
- Pegajosa: Es tan espesa que es difícil de mover.
- Tóxica: Se considera un residuo peligroso.
Solo en Irán, las fábricas producen alrededor de 75,000 toneladas de este lodo cada año. Por lo general, simplemente lo vierten en pozos gigantes, donde se queda durante décadas, endureciéndose como el concreto y contaminando el suelo. Los investigadores querían encontrar una manera de limpiar este lodo para que pudiera usarse para algo útil en lugar de ser un peligro.
La Solución: Un "Mezclador de Doble Hélice" (La Lavadora)
El equipo construyó una planta piloto (una fábrica a pequeña escala) para limpiar este alquitrán. Su principal desafío era que el alquitrán es aceitoso y odia el agua (como el aceite y el vinagre en un aderezo de ensalada que no se mezclan). Si solo vierte agua sobre él, el ácido se queda atrapado en su interior.
La Analogía: Imagine que intenta lavar una esponja grasienta y agria. Si solo la sumerge en agua, la grasa mantiene el ácido dentro. Necesita apretar y retorcer la esponja mientras el agua fluye a través de ella para sacar la acidez.
El Método:
- Utilizaron un mezclador de doble hélice especial (piense en un mezclador tipo sacacorchos gigante y de movimiento lento).
- Mezclaron el alquitrán con agua caliente (pero no demasiado caliente, para evitar crear un lodo desordenado e inseparable).
- El mezclador amasó suavemente el alquitrán, aumentando el área de superficie donde el agua podía tocar el ácido.
- Lo lavaron repetidamente hasta que el agua dejó de ser ácida (alcanzando un pH neutro).
El Resultado: Lograron separar exitosamente el ácido peligroso del aceite pesado. El ácido pasó al agua (la cual trataron y limpiaron), y el alquitrán quedó "neutralizado" y seguro de manipular.
¿Qué puede hacer con el Alquitrán Limpiado?
Una vez que el alquitrán fue limpiado, los investigadores probaron tres formas diferentes de usarlo:
1. Fabricación de Mejores Carreteras (El Efecto "Banda Elástica")
Mezclaron el alquitrán limpiado con caucho SBS (el mismo tipo de caucho utilizado en los neumáticos).
- La Analogía: El alquitrán puro es como un trozo de caramelo duro; se agrieta fácilmente en el frío. Agregar caucho es como mezclar una banda elástica. Hace que la mezcla sea elástica y resistente.
- El Resultado: La nueva mezcla se volvió mucho mejor para fabricar carreteras de asfalto. Era elástica (ductilidad) y no se derretía tan fácilmente en el calor del verano.
2. Convertirlo en Combustible (El Método de "Cocción")
Calentaron el alquitrán en un horno especial sin oxígeno (pirólisis) y luego usaron un catalizador (un ayudante químico) para descomponerlo.
- La Analogía: Piense en el alquitrán como una gran bola de estambre enredada. Usaron calor y un catalizador para cortar el estambre en piezas más pequeñas y útiles.
- El Resultado: Descompusieron el pesado alquitrán en combustibles útiles:
- Gas: Como el propano para parrillas.
- Nafta y Queroseno: Como la gasolina y el combustible para aviones.
- Aceite Pesado: Como el diésel.
- Coque: Un residuo sólido (como el carbón vegetal).
- Nota: Cuanto más viejo era el alquitrán (almacenado en el pozo por más de 5 años), más difícil era de descomponer, y más "carbón" (coque) sólido quedaba.
3. Limpiar la "Esponja" (Arcilla Gastada)
El proceso también dejó atrás la "arcilla gastada", que son las esponjas que absorbieron el aceite durante la limpieza.
- El Método: Lavaron esta arcilla con un solvente (n-hexano) para succionar el aceite y luego hornearon la arcilla a altas temperaturas para quemar la suciedad restante.
- El Resultado: Recuperaron el aceite para ser usado como combustible, y la arcilla fue limpiada y regenerada para que pudiera ser usada nuevamente en la fábrica.
La Fábrica de "Autoconsumo"
La parte más impresionante de su diseño es lo eficiente que es.
- El Ciclo de Energía: La fábrica necesita mucho calor para secar el alquitrán, hornear la arcilla y hacer funcionar los hornos.
- El Truco: En lugar de comprar combustible adicional, queman una pequeña porción (aproximadamente el 13%) del propio alquitrán limpiado para alimentar las máquinas.
- El Balance:
- 13% del alquitrán se quema para operar la planta.
- 25% es la mezcla de ácido/agua que se limpia y trata.
- 62% es el producto valioso restante (ya sea para la construcción de carreteras o combustible).
Resumen
Los investigadores demostraron que no es necesario verter este peligroso y pegajoso alquitrán ácido en el suelo. Al usar un mezclador especial para lavar el ácido, se puede convertir este residuo peligroso en:
- Carreteras más fuertes (cuando se mezcla con caucho).
- Combustibles útiles (cuando se cocina y se descompone).
- Arcilla limpia (lista para ser reutilizada).
Es una forma de convertir un desastre tóxico en un recurso, todo mientras se alimenta el proceso de limpieza con una parte del propio residuo.
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