Formación de contaminantes y estudio cinético en la pirólisis y combustión de plásticos (PE, PVC y PCP)

Resumen

Los plásticos constituyen una de las mayores aportaciones al desarrollo de la última mitad del siglo XX debido a su enorme versatilidad y aplicabilidad. El consumo de plásticos va en aumento, lo que conlleva un problema inevitable de una mayor generosidad de residuos plásticos. Entre las posibles vías de gestión de los mismos se encuentran los tratamientos térmicos tanto de pirólisis como de combustión. En el presente trabajo se ha realizado un estudio de los procesos de degradación térmica pirolítica y oxidativa de tres de los plásticos más comunes: polietileno (PE), policloruro de vinilo (PVC) y policloropreno (PCP), con especial interés en la cinética de la descomposición y en la formación de compuestos contaminantes derivados de estos procesos. Se ha llevado a cabo una amplia revisión bibliográfica de: la situación actual de los tres polímeros estudiados y la gestión de los residuos correspondientes; la cinética de descomposición térmica, tanto en atmósfera inerte como en atmósfera oxidativa, de los tres polímeros estudiados; y la formación de compuestos contaminantes en los procesos de destrucción térmica en general, y especialmente de microcontaminantes aromáticos clorados y no clorados en la pirólisis y combustión de PE, PVC y PCP. En cuanto al trabajo experimental, en primer lugar se ha estudiado ladegradación térmica en atmósfera inerte y atmósfera oxidativa de PE, PVC y PCP mediante termogravimetría y espectrometría de masas (TG-MS) utilizando distintas velocidades de calefacción. En el caso del PVC y del PCP se han propuesto modelos cinéticos de descomposición que simulan los procesos de degradación de los materiales con un único conjunto de parámetros cinéticos válidos para todas las velocidades de calefacción. En segundo lugar se han realizado experimentos de pirólisis y combustión de los tres materiales estudiados a temperaturas comprendidas entre 500 y 1000ºC en un horno horizontal a escala de laboratorio, con objeto de determinar los compuestos volátiles y semivolátiles generados, con especial atención a la formación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) y compuestos aromáticos clorados como clorobencenos (CIBzs), clorofenoles (CIPhs) y dioxinas y furanos clorados (PCDD/Fs). Por otra parte, se ha llevado a cabo un estudio mediante TG-MS de la capacidad y eficacia de distintos compuestos de calcio como el CaO, Ca(OH)2 y CaCO3 en la retención del cloruro de hidrógeno (HCI) generado en la pirólisis de PVC. Por último, en un sistema de varios hornos en serie se ha evaluado el efecto de diversos parámetros de operación, tales como la presencia de HCI y de oxígeno en la atmósfera de reacción o el efecto catalítico de cenizas volantes procedentes de una incineradora, sobre la formación de clorobencenos en la pirólisis de PVC a temperaturas similares a las existentes en la zona de postcombustión de una instalación de incineración.