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WO2011091499A1 - Equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura para tratamento de resíduos orgânicos e processo de tratamento de residuos orgânicos mediante emprego de equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura - Google Patents

Equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura para tratamento de resíduos orgânicos e processo de tratamento de residuos orgânicos mediante emprego de equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura Download PDF

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WO2011091499A1
WO2011091499A1 PCT/BR2011/000037 BR2011000037W WO2011091499A1 WO 2011091499 A1 WO2011091499 A1 WO 2011091499A1 BR 2011000037 W BR2011000037 W BR 2011000037W WO 2011091499 A1 WO2011091499 A1 WO 2011091499A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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organic waste
equipment
temperature conversion
waste treatment
heat exchanger
Prior art date
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Ceased
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PCT/BR2011/000037
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Álvaro SOARES GUEDES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SPPT PESQUISAS TECNOLOGICAS Ltda
Original Assignee
SPPT PESQUISAS TECNOLOGICAS Ltda
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Publication date
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Priority to EP11736551.0A priority patent/EP2530134A4/en
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    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the present invention relates to a vibrant low temperature conversion heat exchanger equipment, particularly a reactor and process thereof for processing lipid and protein rich organic waste by the low temperature conversion technique, sewage sludge type waste , swine manure, cattle manure, chicken litter, fridge freezer, cane industry vinasse / filter cake, biodiesel industry waste pies / crumbs, sludge and oil sludge, waste tires, plastic waste, especially polyethylene, among others, the reactor in question is also used to treat waste contaminated with organo-chlorinated contaminants, including recovery of contaminated soil, and the main products generated in this processing are oil and coal.
  • the present invention may also be used for processing lignocellulosic organic residues such as reforestation residues, sawdust, agricultural residues, grass, sugarcane bagasse, etc., in this case for coal production.
  • Low Temperature Conversion has been adopted to refer to self-catalyzed pyrolysis processes by inorganic elements present in the raw material itself, which occur at relatively low temperatures (around 380 ° C) and in airtight conditions (free from atmospheric oxygen). and which are optimized for converting the raw material into oil (transportable fuel). In addition to oil, the CBT process also produces coal.
  • the works of Prof. Ernest Bayer allowed a better understanding of the dynamics of the natural process of oil formation.
  • Low Temperature Conversion is the most environmentally friendly as well as economical technology for the treatment of lipid and protein rich agro-industrial organic wastes. These include: sewage sludge, swine manure, cattle manure, litter of chicken, freezer grease, vinasse / filter cake from the cane industry, pies / sharps from the biodiesel industry, sludge and oil sludge, waste tires, plastic waste (especially polyethylene - PE), among others.
  • the present invention may also be used for processing lignocellulosic organic residues such as reforestation residues, sawdust, agricultural residues, grass, sugarcane bagasse, etc., in this case for coal production.
  • CBT technology Because it is a process that occurs in a reducing atmosphere due to the absence of atmospheric oxygen, CBT technology does not generate dioxins and furans if chlorine is present in the raw material. Conversely, if chlorinated organic contaminants are present in the material being processed, significant destruction of these compounds occurs during conversion.
  • micronutrients present in the biomass are recovered in the ashes of coal burning.
  • Patent 1 173399 describes a reactor and its process for low temperature (240 to 380 ° C) pyrolysis for treating municipal solid waste (litter) and organic waste.
  • the fundamental principle of reactor operation (vertical column type) described in this patent is the direct heating of the process material with the gas generated in the pyrolysis process itself (inert gas). This process does not focus on condensation of vapors and oil generation. The gases and vapors generated in the pyrolysis are burned to supply the thermal need of the process.
  • the only product is a carbon enriched material (coal).
  • patent 0141439 describes a process for the treatment of municipal solid waste (garbage) where, first the material with moisture content of the order of 30% (in Brazil the most appropriate number is 60%) is subjected to pressing in hydraulic presses operating at pressures of 15MPa forming blocks, providing pre-drying with the removal of excess water from the material (non-adsorbed water) and evening the residual moisture in the formed block.
  • the blocks are completely dried in an air-free chamber and exposed to electromagnetic waves with frequency in the 300Mz to 300GHz (microwave) range for dielectric water heating.
  • the optimum working range is 800MHz to 2,000MHz which is the energy absorption range of the water molecule.
  • Two or more microwave ovens are used in series and the inlet and removal of material is made through gates that prevent the entry of air. Microwave exposure makes the material (led to anaerobic conditions) more prone to the next pyrolysis process.
  • the block should be contacted with a hot gas.
  • the hot gas heats a particle from the inside in while the microwave radiation heats from the inside benefiting the drying and oxygen removal.
  • the residual heat generated in the compression of the block that is stored in the hydraulic oil can be used. This way no extra heat source is required.
  • This drying process takes place in the temperature range of 120 ° C to 200 ° C.
  • the dried block placed under anaerobic conditions is then subjected to the pyrolysis process.
  • This step can be performed in a custom built oven in the temperature range of 350 ° C to 600 ° C. In this temperature range the organic compounds are decomposed forming gases and vapors that are exhausted and condensed, forming an oil phase that has dispersed heavy (tar) components. By decanting at a time interval of at least 12 hours, the heavy components may be separated from the oil phase.
  • the urban solid residue may or may not be selected for removal of the inorganic material, but preferably said patent describes processing of the unselected material.
  • the metallic content in the residue is useful in conducting heat into the process bbco.
  • Patent 0208881 describes the concepts of a pyrolysis plant, with a primary focus on the system for treating the gases generated in the pyrolytic process.
  • the pollutants generated in the process are thermally destroyed by passing the gas stream through a cast iron bath gasifier type converter. In the gasifier the chemical bonds of the pollutant molecules are broken generating smaller molecules.
  • Patent 0208881 therefore describes a waste treatment process through pyrolysis.
  • the plant described in patent 0208881 is suitable for treating various wastes such as urban solid waste (garbage), industrial (organic) waste, sewage sludge, waste tires and others without generating pollution to the environment.
  • DE4328247A1 describes an apparatus and process for performing the waste pyrolysis process by direct contact of the waste with superheated steam causing mixing, comminution and volume reduction of the waste in the heating chamber.
  • the cylindrical heating chamber contains in a hollow conical shaft conveyor with knives mounted at the lower end.
  • the vapor may be residual steam or living steam and is overheated in a counter current heat exchanger and the residual heat thereof is used for steam generation.
  • DE4429629A1 is a continuation of DE4328247A1. It is noteworthy that the great advantage of practicing direct contact heating of the waste to be processed with superheated steam rather than direct contact of the residue with the gas generated in the pyrolysis is the higher thermal capacity and conductivity and the best thermal exchange efficiency of the waste. first heating medium relative to the second. Overheated steam also has the characteristic of being inert in the temperature range considered.
  • RU2239620C2 relates to a process for producing combustible products, fertilizer and building materials from wastewater.
  • the method consists of mixing fillers with partially dewatered sludge followed by complete drying of the resulting mixture. These fillers can be (fine) crumbs of coal or wood waste (sawdust and shavings). After drying, the dehydrated sludge is compressed to form pellets or briquettes.
  • Briquettes are pyrolysed in the temperature range 350 ⁇ ° C to 500 ⁇ ° C and residence time of 3.5 to 4.5 hours in anaerobic reducing medium to form semicok and a gas / vapor mixture in which the High molecular weight hydrocarbons are condensed to produce a combustible liquid (oil) while uncondensed gas is stored and directed for burning in the pyrolysis plant.
  • the 6 hour processing results in ash production and gas / steam mixing.
  • the biggest difficulty for the pyrolysis process effectiveness in indirect heating processes is to solve the heat exchange problem that arises due to the coal layer that is formed in the vicinity of the reactor inner walls and which is a low material. thermal conductivity.
  • the classic solution to this is the use of rotary kilns whose constant revolution continually removes the layer of raw material in contact with the oven jacket, but there is always the question of the high capital cost of this type of equipment requiring dynamic sealing systems. to guarantee the hermetic conditions required by the process.
  • patent 4,618,735 discusses a sludge conversion apparatus and process that utilizes a two-sector reactor: the first sector is an endless thread mechanism; The second sector, mounted on it on the same drive axle, has lifting blades for revolving the material being processed.
  • the limitation of this type of equipment is the manufacture of large capacity machines, as there are constructive limits ⁇ on shaft length.
  • US2007 / 0043246A1 describes the optimization of the conversion conditions of the vapors generated in the pyrolysis process to oil in a shaft-bladed ballast reactor.
  • EP1577367A1 describes a system and process for treating multiphase waste with any proportion of oil and solids water to obtain hydrocarbons and other products based on the use of a screwless reactor. divided into three zones with different heating ramps.
  • P / 0508 15-7-A describes an apparatus that adopts a scraper pad at the bottom of the reactor to revolve and renew the carbon insulating layer formed in the pyrolysis process.
  • VIBRANT LOW TEMPERATURE CONVERSION HEAT EXCHANGER EQUIPMENT AND ORGANIC WASTE TREATMENT PROCESSING BY EMPLOYMENT EQUIPMENT PROCESSING" VIBRANT HEAT FOR LOW TEMPERATURE CONVERSION " adopts a different solution from those described above, which essentially consists of a single pass tube shell heat exchanger.
  • the heat exchanger equipment has several internal heater tubes which are cylindrical in shape and the equipment is mounted so that the axis of the tubes is positioned vertically.
  • the best distribution of the tubes is the triangular distribution so that the internal space of the reactor is better utilized. This pipe distribution favors the construction of circular section machines which will also facilitate the distribution of the raw material as will be seen below.
  • the raw material to be treated is poured into the "head" of the equipment (upper part).
  • the material falls on a distributing cone that has the function of spreading the material so that it has access to all the heating tubes and is continuously passed inside the tubes, from the top to the bottom due to the action of gravity.
  • the rate at which material descends is dictated by the removal of the processed material from the bottom of the reactor.
  • Heating is performed indirectly through the passage of injected hot flue gas in the region between the heater pipes.
  • the reactor is provided with two nozzles (inlet and outlet) coupled to the reactor side.
  • baffles internal to the reactor are placed which make the hot gas travel a larger path and break the tendency for the hot gas to move parallel to the pipes (generating turbulence).
  • the radial contact of the hot gas with the walls of the heating pipes leading to the raw material improves the heat exchange.
  • the gases and vapors generated in the process are continuously withdrawn through a nozzle positioned in the upper funnel of the equipment and part of these gases is condensed in an oil generating condenser.
  • the cooling of gases and vapors is performed by spraying the process oil itself, which before being injected into the spray nozzles passes through a heat exchanger.
  • Non-condensable gases are burned in the furnace that supplies the reactor with hot gas.
  • the residual material that is not volatile is coal. Coal from all heater tubes is collected at the tapered bottom (bottom funnel) of the reactor where it is continuously withdrawn. To avoid compaction problems in the discharge nozzle there is a lower cone that limits the amount of material that is directed to this nozzle. To control the flow of solids in and out while simultaneously minimizing the leakage of process gases the equipment has rotary valves or sluice valves (or similar mechanism) in the upper and lower coal discharge feed nozzles.
  • the equipment in order to allow the feeding of raw materials press and unloading of coal continuously, the equipment is provided with system that promotes the vibrational movement of the equipment.
  • the vibrational movement confers important functional characteristics to the invention, such as, for example, it promotes the distribution of the raw material poured into the reactor upper mirror causing a tendency of uniform filling of all heater tubes; increases the heat exchange efficiency of the particle - wall system by breaking the insulating layer of coal generated in the pyrolysis that forms in the vicinity of the inner tube wall; minimizes fouling effects and material adhesion to the inner walls of the heater pipes;
  • When fouling builds up proceed with the internal cleaning of the reactor by interrupting the input of raw material, completely discharging the charcoal produced and then passing an air flow through the hot reactor that burns the fouling. Vibration assists in the internal cleaning of this burnt material; minimizes the tendency of coal to compact at the discharge nozzle and, in conjunction with the coal discharge cone, allows continuous and metered removal of the produced coal.
  • This vibrating system requires the installation of vibration dampening expansion joints on the machine's five nozzles: two hot gas inlet and outlet on the reactor side, one raw material inlet upper, one carbon discharge lower and one top of the draft reactor of the gases and vapors generated in the process. This prevents the propagation of vibration to the other pipes and fittings of the plant.
  • the raw material feed is performed from a single nozzle, likewise, coal discharge is also performed through a single nozzle.
  • the type of construction of the present invention facilitates the adoption of standard flanges and the construction of an airtight equipment, a prerequisite for proper execution of the low temperature conversion process requiring atmospheric oxygen free atmosphere.
  • the diameter of the raw material conduit heater pipe is chosen to achieve the highest production capacity and highest heat exchange efficiency possible, ie the diameter is as large as possible to accommodate the largest amount of material to be processed within the pipe and as small as necessary so as not to impair thermal exchange between the pipe wall and the process material within the pipe.
  • An interesting feature of the present invention is that the variation in the number of heater pipes carrying the raw material and the length thereof allows the construction of machines covering a wide working range extending from 2t / day to 300t / day. or more.
  • Figure 1 shows a section of a vibrating heat exchanger equipment with 19 heater tubes
  • Figure 2 shows different possible construction models: as the increase in the number of tubes is increased, the height of each tube is also increased; This construction allows the manufacture of equipment that covers a wide range of processing capacity. and Figure 3 shows a typical industrial arrangement of the equipment.
  • Figure 1 shows a section of a vibrating heat exchanger 1 equipment with 19 heater tubes.
  • the material to be processed is discharged via the raw material inlet valve 2 installed in the feed nozzle 4 located in the upper funnel 6 of the equipment 1, falling on a dispensing cone 5 which has the function of spreading the material so that it has internal space access to all heater pipes 7.
  • Material flows continuously inside the pipes from top to bottom due to the action of gravity.
  • the rate at which the material descends is dictated by the continuous withdrawal of coal via the coal discharge valve 17 installed in the discharge nozzle 15 located in the lower funnel 33 of equipment 1. .
  • the equipment 1 As material descends into the tubes, it is gradually heated to the process temperature. Heating is performed indirectly through the passage of injected hot flue gas in the region between the heater pipes.
  • the equipment 1 For insertion and drawing of the heating gas, the equipment 1 is provided with two nozzles, the inlet 8 and the outlet 11, coupled to the reactor side 1.
  • baffles 9 For homogeneous heat distribution inside said equipment 1, are placed internal baffles 9 to the reactor that make the hot gas travel a larger path and break the tendency for the hot gas to move parallel to the tubes (they generate turbulence).
  • the radial contact of the hot gas with the walls of the heating pipes leading to the raw material improves the heat exchange.
  • the reactor has a thermal coating based on insulating blankets 37. Hot gas leaving the reactor via outlet nozzle 11 can be used to dry the raw material to be processed. W
  • the gases and vapors generated in the process are collected in the inverted upper funnel 6 and directed to the vapor draft nozzle 19 positioned at the top of the equipment 1. Some of these gases are condensed into a condenser 25 generating oil 26 which, as produced, is transferred to storage tanks (not shown in the figure) via oil transfer valve 28. Cooling of gases and vapors is performed by spraying the oil generated in the process that is pumped by pump 31 and before being injected into the spray nozzles 24 passes through a particulate filter 29 and a heat exchanger 27.
  • Non-condensing gases leaving the condensing unit pass through a bubbling tank 22 which prevents oxygen from entering the reactor and are directed to burn in the furnace that supplies the reactor with hot gas (not shown in the drawing) via non-condensable gas transfer valve 30 or recirculated in the reactor via non-condensable gas recirculation nozzle 32 installed in lower funnel 33 of equipment 1.
  • the recirculation direction of non-condensable gases is in reverse relative to the flow of solids.
  • the recirculation of noncondensable gases allows to reduce the residence time of vapors generated in the pyrolysis process inside the reactor and to maximize oil production.
  • the reactor is provided with a rupture disc valve 21.
  • the equipment 1 is provided with a mechanical or pneumatic device 13 which causes the vibrational movement of reactor 1 and to enable this vibration the feet of reactor 34 are mounted on spring-type or pneumatic cushions 35.
  • a mechanical or pneumatic device 13 which causes the vibrational movement of reactor 1 and to enable this vibration the feet of reactor 34 are mounted on spring-type or pneumatic cushions 35.
  • all nozzles are interconnected by vibration damping expansion joints 3, 8, 1 1 , 16 and 20.
  • the reactor In order to allow control of the level of raw material within equipment 1, which is ideally maintained at the level of the upper mouth of each heater tube, the reactor is mounted on a set of load cells 36 which monitor the set mass, reactor plus material being processed and controls the rate of opening and closing of the raw material supply and coal discharge (or rotation in the case of rotary valves) sluice valves.
  • Figure 2 shows a section of the straight section of the heat exchanger showing possible constructive shapes with different numbers of heater tubes.
  • the distribution of the tubes is the triangular distribution so that there is better utilization of the internal space of the reactor.
  • Shown is a set 38 of five possible reactor sizes: the first 39 with 7 tubes, the second 40 with 19 tubes, the third 41 with 55 tubes, the fourth 42 with 121 tubes and the fourth 43 with 21 1 tubes.
  • the number of tubes is increased, the length of the tubes is increased and consequently the total height of the equipment 1.
  • Fig. 3 shows a typical plant 44 employing the vibrating heat exchanger equipment 1 in which the feedstock is fed through tank elevators 45.
  • belt conveyors or helical conveyors could also be used.
  • water-cooled jacketed conveyors that cool the produced coal.
  • Figure 3 also shows the generating furnace of hot gas 46 which heats the reactor. In this furnace, in addition to the supplemental fuel (LPG, firewood, biomass residues, the coal itself and oil generated in the process, etc.), the non-condensable gases generated in the pyrolytic process are also burned.
  • LPG supplemental fuel
  • the CBT process is a low temperature (380 to 450 ° C) pyrolysis process self-catalyzed by the inorganic elements contained in the raw material itself.
  • Another object of the present invention is to achieve a continuous working machine to facilitate the operation of equipment 1, including through a high degree of automation, thereby enabling high processing capacities and ease of operation.
  • developing equipment 1 with a single feedstock nozzle 4 to facilitate the use of conventional solids conveyor equipment such as belt conveyors, helical conveyors or tank lifts 45 to perform this function.
  • Another essential aspect of the present invention is the uniform distribution of the raw material throughout the heating pipes 7 to achieve product homogeneity (coal and oil) since all heating pipes will operate at approximately the same residence time.
  • equipment 1 is provided with an upper cone of distribution of raw material 5 and is provided with vibrational movement.
  • Another object of the present invention is to develop an equipment 1 with a single coal discharge nozzle 15. in order to facilitate the use of conventional solids conveying equipment such as helical conveyors, including water-cooled jacketed conveyors to allow the coal to cool as it is discharged avoiding the ignition problem of the material.
  • conventional solids conveying equipment such as helical conveyors, including water-cooled jacketed conveyors to allow the coal to cool as it is discharged avoiding the ignition problem of the material.
  • Another object of the present invention is to develop a vibrationally moving apparatus 1 to facilitate coal discharge by avoiding the formation of bridges and tunnels in the lower coal collecting funnel 33.
  • It also provides equipment 1 with locks 2 and 17 or rotary type valves for both raw material feed and coal discharge. These valves allow the transport of solid by keeping the equipment 1 closed, avoiding atmospheric air entry and ensuring the hermeticity of the reactor 1 which is a fundamental point of the pyrolysis process.
  • Another object of the present invention is to develop an apparatus 1 consisting of a shell-type heat exchanger in which the raw material to be processed is passed into the heating pipes 7 and the heating gas is passed outside the pipes.
  • the apparatus 1 further has two nozzles 8 and 11 positioned on the side of said apparatus 1.
  • the lower nozzle 11 serves as a heating gas inlet and the upper 8 nozzle for a hot gas outlet. In this way the convective movement of the hot gas is favored.
  • baffles 9 deflecting hot gas to provide a snake-like movement for the heated gas: the gas is inserted into the lower nozzle 1 1 and comes across a baffle plate that directs the gas to fill the ring generated in the vicinity of the side.
  • a first centrally deflecting baffle 9 directs the gas to the center of equipment 1 as the gas moves upwards.
  • a second baffle 9, installed higher up, with openings at the edges, directs the hot gas to the near shore region as the gas moves upwards.
  • a third, upwardly installed centrally deflecting baffle 9 again directs the gas to the center of the equipment 1 as the gas moves upwards.
  • the gas then reaches the sector between the third baffle 9 and the upper mirror 18 and is directed to the ring generated in the vicinity of the side and finally to the outlet nozzle 8 positioned on the side 10.
  • These baffles 9 prevent the movement of hot gas. in laminar flow parallel to the heating tubes 7, increase the residence time of the hot gas and improve the heat exchange.
  • Another important aspect of this patent application is to promote the movement of the raw material in countercurrent to the hot gas flow, ie the raw material moves from top to bottom inside the heating pipes 7 and the heating gas moves from bottom to top, outside the heating pipes 7.
  • the present purpose is to provide the equipment 1 with an upper funnel 6 which serves as a collection hood for the gases and vapors generated in the pyrolytic process.
  • nozzle 32 in the lower funnel 33 which serves to recirculate non-condensable gases and process vapors generated by the reaction medium. This recirculation is performed in counter current, ie the raw material moves up and down inside the heating pipes 7 and the recirculating gas moves up and down inside the heating pipes 7.
  • the recirculation of Noncondensable gases reduce the residence time of vapors generated during the pyrolysis process inside the reactor and maximize oil production.
  • a condenser system 25 of the vapors generated in the process forming the oil is also provided.
  • the composition of this oil depends on the type of raw material. Condensation is caused by the cooling of the vapors by spraying the process oil itself which is pumped before being sprayed by pump 31, filtered on filter 29 and indirectly cooled in a heat exchanger 27 with water from a cooling tower.
  • Another object of the present invention is to provide the system of a furnace 46 which generates the flue gas for heating equipment 1.
  • This furnace 46 operates on an additional fuel (Liquefied Petroleum Gas - LPG, firewood, biomass residues). , the coal itself and oil generated in the process, etc).
  • the non-condensable gases (CNG) generated in the pyrolytic process are also burned, separated from the condensable vapors in the condenser 25.

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Abstract

A presente invenção trata de um reator e o respectivo processo que o emprega, de processamento de resíduos orgânicos ricos em lipídeos e proteínas, através da técnica de conversão de baixa temperatura, sendo o reator utilizado também para tratamento de resíduos com contaminantes organoclorados e processamento de resíduos orgânicos lignocelulósicos, sendo os principais produtos gerados durante o processamento o óleo e o carvão. O reator consiste essencialmente em um trocador de calor tipo casco e tubo de único passe, que possui vários tubos aquecedores de formato cilíndrico e é montado de modo que o eixo dos tubos aquecedores seja posicionado verticalmente, com uma distribuição triangular, o que favorece a construção de equipamentos com seção circular e facilita a distribuição da matéria-prima. O reator apresenta regime de operação contínua, devido à presença de um sistema que promove a vibração do equipamento, facilitando carga de matéria-prima e descarga de carvão, além de uma unidade de condensação dos vapores produzidos no processo, visando a obtenção de óleo combustível.

Description

"EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a um equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura, particularmente um reator e respectivo processo para processamento de resíduos orgânicos ricos em lipídeos e proteínas através da técnica de conversão de baixa temperatura, resíduos do tipo lodo de esgoto, dejetos suínos, dejetos bovinos, cama de frango, graxaria de frigoríficos, vinhaça/torta de filtro da indústria de cana, tortas/farelos residuais da indústria de biodiesel, lamas e borras de petróleo, pneus inservíveis, resíduos plásticos, especialmente o polietileno, entre outros, sendo o reator em questão utilizado também para tratamento de resíduos contaminados com contaminantes organo-clorados, inclusive recuperação de solos contaminados, sendo que, os prindpais produtos gerados neste processamento são o óleo e o carvão. A presente invenção também pode ser utilizada para processamento de resíduos orgânicos lignocelulósicos tais como resíduos de reflorestamentos, serragem, resíduos agrícolas, capim, bagaço de cana, etc, neste caso objetivando a produção de carvão.
ESTADO DA TÉCNICA
Como é do conhecimento dos profissionais atuantes nesta área específica, é destacado na literatura técnico científica como marco do nascimento da tecnologia de Conversão de Baixa Temperatura (CBT) os trabalhos do Prof. Ernest Bayer e equipe na Universidade de Tubingen, Alemanha, na década de 80 [Bayer, 1988], sendo que estes trabalhos focaram o estudo do processo de decomposição térmica de matérias-primas ricas em lipídeos e proteínas, especialmente o lodo de esgoto sanitário.
O termo Conversão de Baixa Temperatura passou a ser adotado para designar processos de pirólise autocatalisados por elementos inorgânicos presentes na própria matéria-prima, que ocorre em temperatura relativamente baixas (em torno de 380°C) e em condições herméticas (livres do oxigénio atmosférico) e que são otimizados para a conversão da matéria-prima em óleo (combustível transportável). Além do óleo, o processo CBT produz também carvão. Os trabalhos do Prof. Ernest Bayer permitiram o melhor entendimento da dinâmica do processo natural de formação de petróleo.
A Conversão de Baixa Temperatura é a tecnologia mais correta do ponto de vista ambiental e também económico para tratamento de resíduos orgânicos agro-industriais ricos em lipídeos e proteínas, dentre os quais podem ser citados: lodo de esgoto, dejetos suínos, dejetos bovinos, cama de frango, graxaria de frigoríficos, vinhaça/torta de filtro da indústria de cana, tortas/farelos residuais da indústria de biodiesel, lamas e borras de petróleo, pneus inservíveis, resíduos plásticos (especialmente o polietileno - PE), entre outros. A presente invenção também pode ser utilizada para processamento de resíduos orgânicos lignocelulósicos tais como resíduos de reflorestamentos, serragem, resíduos agrícolas, capim, bagaço de cana, etc, neste caso objetivando a produção de carvão. Há uma gama enorme de biomassas passíveis de serem aproveitadas a partir desta tecnologia e nesta listagem poderiam ser inclusos o tratamento dos resíduos sólidos urbanos (lixo municipal) e a recuperação de solos contaminados com contaminantes organo-clorados, inclusive os atuais "lixões". As principais vantagens da tecnologia CBT são:
Na Conversão a Baixa Temperatura são gerados os produtos óleo e carvão. Também são gerados gases não condensáveis e água reacional que são queimados na fornalha geradora de gás quente utilizado no aquecimento do reator. A tecnologia CBT recupera no óleo e no carvão produzidos, da ordem de 85% da energia contida no lodo inicial. O óleo que contém boa parte desta energia é um combustível transportável e de fácil aplicação.
Por tratar-se de processo que ocorre em atmosfera redutora devido à ausência de oxigénio atmosférico, a tecnologia CBT não gera dioxinas e furanos caso haja presença de cloro na matéria-prima. Pelo contrário, caso contaminantes orgânicos clorados estejam presentes no material em processamento, ocorre destruição significativa destes compostos durante a conversão.
Metais potencialmente tóxicos eventualmente presentes na matéria-prima não são destilados permanecendo na fase sólida (carvão). A queima controlada deste carvão (T<850°C) evita a volatização destes metais que ficam retidos nas cinzas na forma de óxidos e sulfetos para, por exemplo, posterior aplicação na produção de artefatos cerâmicos.
Os micro-nutrientes presentes na biomassa são recuperados nas cinzas da queima do carvão.
O emprego da técnica de pirólise para tratamento de resíduos é amplamente discutido na literatura técnico científica, por exemplo:
A patente 1 173399 descreve um reator e respectivo processo para pirólise de baixa temperatura (240 a 380°C) para tratamento de resíduos sólidos urbanos (lixo) e resíduos orgânicos. O princípio fundamental do funcionamento do reator (tipo coluna vertical) descrito nesta patente é o aquecimento direto do material em processo com o gás gerado no próprio processo de pirólise (gás inerte). Neste processo não é objetivado a condensação dos vapores e a geração de óleo. Os gases e vapores gerados na pirólise são queimados para suprir a necessidade térmica do processo. O único produto é um material enriquecido de carbono (carvão). Já, a patente 0141439 descreve um processo para tratamento de resíduos sólidos urbanos (lixo) onde, primeiro o material com teor de umidade da ordem de 30% (no Brasil o número mais apropriado é 60%) é submetido a prensagem em prensas hidráulicas operando em pressões de 15MPa formando blocos, provendo a pré-secagem com a retirada do excesso de água do material (água não adsorvida) e uniformizando a umidade residual no bloco formado.
Em seguida, os blocos são submetidos a secagem completa em uma câmara livre de ar e sob exposição a ondas eletromagnéticas com frequência na faixa de 300Mz a 300GHz (microondas) para aquecimento dielétrico da água. A faixa ótima de trabalho é de 800MHz a 2.000MHz que é a faixa de absorção de energia pela da molécula de água. São utilizados dois ou mais fornos microondas em série e a admissão e retirada de material é feita através de comportas que impedem a entrada de ar. A exposição a microondas torna o material (levado a condições anaeróbicas) mais propenso ao processo seguinte de pirólise.
É recomendado que antes de ser submetido à radiação de microondas, o bloco seja posto em contato com um gás quente. Desta forma o gás quente aquece uma partícula de fora para dentro enquanto a radiação microondas aquece de dentro para fora beneficiando a secagem e retira de oxigénio. Para gerar este gás quente pode ser utilizado o calor residual gerado na compressão do bloco que é armazenado no óleo hidráulico. Desta forma nenhuma fonte de calor extra é necessária. Este processo de secagem ocorre na faixa de temperatura de 120°C a 200°C.
O bloco seco posto em condições anaeróbicas é então submetido ao processo de pirólise. Esta etapa pode ser executada em um forno de construção usual na faixa de temperatura de 350°C a 600°C. Nesta faixa de temperatura os compostos orgânicos são decompostos formando gases e vapores que são exauridos e condensados, formando uma fase oleosa que tem componentes pesados (alcatrão) dispersos. Por decantação num intervalo de tempo de ao menos 12 horas, os componentes pesados podem ser separados da fase oleosa.
O resíduo sólido urbano pode ser selecionado ou não para retirada do material inorgânico, mas preferencialmente a citada patente descreve o processamento do material não selecionado. O conteúdo metálico no resíduo é útil na condução de calor para o interior do bbco em processo.
A patente 0208881 descreve os conceitos de uma planta de pirólise, com enfoque principal no sistema de tratamento dos gases gerados no processo pirolítico. Os poluentes gerados no processo são destruídos termicamente através da passagem da corrente gasosa através de um conversor do tipo gaseificador de banho de ferro fundido. No gaseificador as ligações químicas das moléculas dos poluentes são quebradas gerando moléculas menores. A patente 0208881 descreve, portanto, um processo de tratamento de resíduos através da pirólise. A planta descrita na patente 0208881 apresenta-se como adequada ao tratamento de vários resíduos tais como resíduo sólido urbano (lixo), resíduos industriais (orgânicos), lodo de esgoto, pneus inservíveis entre outros sem gerar poluição ao meio ambiente.
A patente DE4328247A1 descreve um aparelho e processo para execução do processo de pirólise de resíduos através do contato direto do resíduo com vapor superaquecido que causa mistura, cominuição e redução de volume do resíduo na câmara de aquecimento. A câmara de aquecimento cilíndrica contém em um transportador helicoidal com eixo cónico oco com facas montada na extremidade inferior. O vapor pode ser um vapor residual ou um vapor vivo e é superaquecido em um trocador de calor de contra corrente sendo o calor residual deste utilizado para geração de vapor. O carvão obtido da pirólise, impregnado sobre pressão com vapor superaquecido é transferido para um segundo cilindro que contêm um pistão compactador onde é autogenicamente compactado e briquetado pelo pistão sob vácuo gerado pelo resfriamento da parede externa do cilindro.
A patente DE4429629A1 é uma continuação da Patente DE4328247A1 . É destacado que a grande vantagem de se praticar o aquecimento com contato direto do resíduo a ser processado com vapor superaquecido ao invés do contato direto do resíduo com o gás gerado na pirólise é a maior capacidade e condutividade térmica e a melhor eficiência de troca térmica do primeiro meio de aquecimento em relação ao segundo. O vapor superaquecido também tem a característica de ser inerte na faixa de temperatura considerada.
A patente RU2239620C2 refere-se a um processo para produzir produtos combustíveis, fertilizante e matérias primas para a construção civil a partir de águas residuais. O método consiste em misturar cargas com o lodo parcialmente desaguado seguindo-se a secagem completa da mistura resultante. Estas cargas podem ser migalhas (finos) de carvão mineral ou resíduos de madeira (serragem e maravalha). Após a secagem, o lodo desidratado é submetido a compressão para formar granulados (pellets) ou briquetes. Os briquetes são sujeitos ao processo de pirólise na faixa de temperatura de 350°C a 500°C e tempo de residência de 3,5 a 4,5 horas em meio redutor anaeróbico para formar semicoque e uma mistura gás/vapor na qual, os hidrocarbonetos de alto peso molecular são condensados para produzir um líquido combustível (óleo) enquanto o gás não condensado é armazenado e dirigido para queima na planta de pirólise. O processamento de 6 horas resulta na produção de cinzas e na mistura gás/vapor.
A maior dificuldade para efetividade do processo de pirólise em processos com aquecimento indireto é resolver o problema de troca térmica que surge devido à camada de carvão que é formada nas vizinhanças das paredes internas do reator e que é um material de baixa condutividade térmica. A solução clássica desta questão é a utilização de fornos rotativos cuja revolução constante remove continuamente a camada de matéria- prima em contato com a camisa do forno, mas há sempre a questão do alto custo de capital deste tipo de equipamento que requer sistemas de vedação dinâmica para garantir as condições de hermeticidade requisitada pelo processo.
Uma solução alternativa é apresentada na patente 4,618,735 que discute um aparato e processo para conversão de lodos que utiliza um reator dividido em dois setores: o primeiro setor é um mecanismo do tipo rosca sem fim; o segundo setor, montado no mesmo no mesmo eixo de tração, apresenta pás elevatórias para revolvimento do material em processamento. A limitação deste tipo de equipamento é a fabricação de máquinas para grandes capacidades, pois há limites construtivos■ para o comprimento do eixo. A patente US2007/0043246A1 descreve a otimização das condições de conversão dos vapores gerados no processo de pirólise em óleo em um reator tipo eixo com pás elevadoras.
Solução semelhante de reator tipo rosca sem fim também foi adotada na patente EP1577367A1 que descreve um sistema e processo para tratamento de resíduos multifásicos com qualquer proporção de água óleo e sólidos, para obter hidrocarbonetos e outros produtos baseado na utilização de um reator tipo rosca sem fim dividido em três zonas com rampas de aquecimento diferentes.
A patente P/0508 15-7-A descreve um aparelho que adota uma pá raspadora no fundo do reator para revolver e renovar a camada isolante de carvão formado no processo de pirólise.
Cada sistema de processamento desenvolvido pelas patentes anteriormente citadas apresenta suas variantes e características próprias. O maior desafio para alcançar desempenho nestes sistemas é prover um eficiente sistema de troca térmica entre o meio de aquecimento e a matéria-prima em processo, isto porque o carvão que é formado é um material isolante térmico.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Pensando em todos os inconvenientes apresentados nos documentos da técnica e interessado em proporcionar melhorias ao mercado consumidor, o presente "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", adota uma solução diferente das anteriormente descritas, que se configura essencialmente como um trocador de calor tipo casco tubo de único passe.
O equipamento trocador de calor possui vários tubos aquecedores internos, os quais têm formato cilíndrico e o equipamento é montado de modo que o eixo dos tubos seja posicionado verticalmente. A melhor distribuição dos tubos é a distribuição triangular de modo que há melhor aproveitamento do espaço interno do reator. Esta distribuição de tubos torna favorecida a construção de máquinas com seção circular o que irá facilitar também a distribuição da matéria-prima conforme será visto a seguir.
A matéria-prima a ser tratada é despejada na "cabeça" do equipamento (parte superior). O material cai sobre um cone distribuidor que tem a função de espalhar o material para que o mesmo tenha acesso a todos os tubos aquecedores e é passado de forma contínua por dentro dos tubos, no sentido de cima para baixo devido à ação da gravidade. Naturalmente, quando o reator atinge o regime de funcionamento constante e está cheio, a velocidade com que o material desce é ditada pela retirada do material processado na parte inferior do reator. À medida que o material desce por dentro dos tubos, é aquecido gradativamente até alcançar a temperatura de processo. O aquecimento é executado de forma indireta através da passagem de gás de combustão quente injetado na região entre os tubos aquecedores. Para inserção e tiragem do gás de aquecimento o reator é provido de dois bocais (entrada e saída) acoplados ao costado do reator. Para haver distribuição homogénea de calor no interior do equipamento, são colocadas chicanas internas ao reator que fazem o gás quente percorrer um caminho maior e quebram a tendência de haver um deslocamento do gás quente no sentido paralelo aos tubos (geram turbulência). O contato radial do gás quente com as paredes dos tubos aquecedores que conduzem a matéria-prima melhora a troca térmica.
Os gases e vapores gerados no processo são retirados continuamente através de um bocal posicionado no funil superior do equipamento e parte destes gases é condensada num condensador gerando óleo. O resfriamento dos gases e vapores é executado através da pulverização do próprio óleo gerado no processo que antes de ser injetado nos bicos pulverizadores passa por um trocador de calor. Os gases não condensáveis são queimados na fornalha que abastece o reator com gás quente.
O material residual que não é volatizado é o carvão. O carvão de todos os tubos aquecedores é coletado no fundo cónico (funil inferior) do reator onde é retirado continuamente. Para evitar problemas de compactação no bocal de descarga há um cone inferior que limita a quantidade de material que é dirigida a este bocal. Para controlar o fluxo de entrada e saída de sólidos e simultaneamente minimizar a fuga dos gases gerados no processo o equipamento possui válvulas rotativas ou válvulas tipo eclusa (ou mecanismo similar) no bocal superior de alimentação de matéria-prima e inferior de descarga de carvão.
A característica mais importante deste pedido de patente de invenção é que, para permitir a alimentação de matéria- prima e descarga de carvão de forma contínua, o equipamento é provido de sistema que promove o movimento vibracional do equipamento. O movimento vibracional confere importantes características funcionais para o invento, tais como, por exemplo, promove a distribuição da matéria-prima despejada no espelho superior do reator fazendo com que haja tendência de preenchimento uniforme de todos os tubos aquecedores; aumenta a eficiência de troca térmica do sistema partícula - parede rompendo a camada isolante de carvão gerado na pirólise que se forma nas vizinhanças da parede interna do tubo; minimiza efeitos incrustantes e a adesão de material nas paredes internas dos tubos aquecedores; quando há acumulo de incrustações, procedesse a limpeza interna do reator interrompendo a entrada de matéria-prima, descarregando-se completamente o carvão produzido e, então, passando-se um fluxo de ar pelo interior do reator quente que queima as incrustações. A vibração auxilia na limpeza interna deste material queimado; minimiza a tendência de compactação do carvão no bocal de descarga e, em conjunto com o cone de descarga de carvão, permite a retirada contínua e dosada do carvão produzido.
Este sistema vibrante exige a instalação de juntas de dilatação amortecedoras de vibração nos cinco bocais da máquina: dois de entrada e saída de gás quente no costado do reator, um superior de entrada de matéria-prima, um inferior de descarga de carvão e um no topo do reator de tiragem dos gases e vapores gerados no processo. Evita-se assim, a propagação da vibração para as demais tubulações e acessórios da planta.
Quanto ao manuseio de sólidos, a alimentação de matéria-prima é executada a partir de um único bocal, da mesma forma, a descarga de carvão também é efetuada através de um único bocal. Esta característica simplifica o sistema de manuseio de sólidos, pois são utilizados sistemas convencionais como esteiras, elevadores de canecas ou transportadores helicoidais. O tipo de construção da presente invenção facilita a adoção flanges padronizados e a construção de um equipamento hermético, condição fundamental para execução adequada do processo de conversão de baixa temperatura que exige atmosfera livre de oxigénio atmosférico.
O diâmetro do tubo aquecedor condutor de matéria-prima é escolhido de forma a alcançar a maior capacidade de produção e mais alta eficiência de troca térmica possíveis, ou seja, o diâmetro é o tão grande quanto possível para acomodar a maior quantidade de material a ser processado dentro do tubo e tão pequeno quanto necessário para não prejudicar a troca térmica entre a parede do tubo e o material em processo dentro do tubo.
Uma característica interessante da presente invenção é que a variação do número de tubos aquecedores que conduzem a matéria-prima e o comprimento dos mesmos, permite a construção de máquinas que abrangem uma ampla faixa de trabalho que se estende desde 2t/dia até 300t/dia ou mais.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte,
a figura 1 apresenta um corte de um equipamento trocador de calor vibrante com 19 tubos aquecedores;
a figura 2 mostra diferentes modelos possíveis de construção: a medida que o aumento do número de tubos é aumentado, também é aumentada a altura de cada tubo; esta forma construtiva permite fabricação de equipamentos que abrangem ampla faixa de capacidade de processamento; e a figura 3 mostra um arranjo industrial típico do equipamento.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A figura 1 apresenta um corte de um equipamento 1 trocador de calor vibrante com 19 tubos aquecedores. O material a ser processado é descarregado via válvula de admissão de matéria-prima 2 instalada no bocal de alimentação 4 localizado no funil superior 6 do equipamento 1 , caindo sobre um cone distribuidor 5 que tem a função de espalhar o material para que o mesmo tenha acesso ao espaço interno de todos os tubos aquecedores 7. O material flui de forma contínua por dentro dos tubos, no sentido de cima para baixo devido à ação da gravidade. Naturalmente, quando o reator atinge o regime de funcionamento constante e está cheio, a velocidade com que o material desce é ditada pela retirada contínua do carvão via válvula de descarga de carvão 17 instalada no bocal de descarga 15 localizado no funil inferior 33 do equipamento 1.
À medida que o material desce por dentro dos tubos, é aquecido gradativamente até alcançar a temperatura de processo. O aquecimento é executado de forma indireta através da passagem de gás de combustão quente injetado na região entre os tubos aquecedores. Para inserção e tiragem do gás de aquecimento, o equipamento 1 é provido de dois bocais, o de entrada 8 e o de saída 11, acoplados ao costado do reator 1. Para haver distribuição homogénea de calor no interior do referido equipamento 1 , são colocadas chicanas 9 internas ao reator que fazem o gás quente percorrer um caminho maior e quebram a tendência de haver um deslocamento do gás quente no sentido paralelo aos tubos (geram turbulência). O contato radial do gás quente com as paredes dos tubos aquecedores que conduzem a matéria-prima melhora a troca térmica. Para diminuir as perdas térmicas, o reator apresenta um revestimento térmico à base de mantas isolantes 37. O gás quente que deixa o reator via bocal de saída 1 1 pode ser aproveitado para secagem da matéria-prima a ser processada. W
Os gases e vapores gerados no processo são coletados no funil superior invertido 6 e dirigidos ao bocal de tiragem de vapores 19 posicionado na parte superior do equipamento 1 . Parte destes gases é condensada num condensador 25 gerando óleo 26 que, a medida que é produzido é transferido para tanques de armazenamento (não mostrados na figura) via válvula de transferência de óleo 28. O resfriamento dos gases e vapores é executado através da pulverização do próprio óleo gerado no processo que é bombeado pela bomba 31 e antes de ser injetado nos bicos pulverizadores 24 passa por um filtro de particulado 29 e por trocador de calor 27. Os gases não condensáveis, deixando a unidade de condensação, passam por um tanque borbulhador 22 que impede entrada de oxigénio dentro do reator e são dirigidos para queima na fornalha que abastece o reator com gás quente (não indicada no desenho) via válvula de transferência de gases não condensáveis 30 ou recirculados no reator via bocal de recirculação de gases não condensáveis 32 instalado no funil inferior 33 do equipamento 1. O sentido de recirculação dos gases não condensáveis é em contracorrente ao fluxo dos sólidos. A recirculação de gases não condensáveis permite reduzir o tempo de permanência dos vapores gerados no processo de pirólise dentro do reator e maximizar a produção de óleo. Para segurança operacional o reator é provido de uma válvula tipo disco de ruptura 21.
O material residual que não é volatizado é o carvão. O carvão de todos os tubos aquecedores é coletado no funil inferior 33 do equipamento 1 onde é retirado de forma continua. Para evitar problemas de compactação no bocal de descarga há um cone 14 que limita a quantidade de material que é dirigida à boca de descarga de carvão 5 e respectiva válvula de descarga de carvão 17 tipo eclusa como mostrado na figura 1 (ou rotativa).
O equipamento 1 é provido com um dispositivo 13, mecânico ou pneumático, que provoca o movimento vibracional do reator 1 e para permitir esta vibração os pés do reator 34 são montados sobre coxins 35, do tipo mola ou pneumático. Para evitar a propagação da vibração para as demais partes do sistema (válvulas de alimentação e descarga de sólidos, tubulações de gás quente e tubulação de tiragem de vapores) todos os bocais são interligados por juntas de dilatação amortecedoras de vibração 3, 8, 1 1 , 16 e 20.
Para permitir o controle do nível de matéria- prima dentro do equipamento 1 , que numa situação ideal é mantido ao nível da boca superior de cada tubo aquecedor, o reator é montado sobre um conjunto de células de cargas 36 que monitoram a massa do conjunto, reator mais material em processamento e controla o ritmo de abertura e fechamento das válvulas tipo eclusa de alimentação de matéria prima e de descarga de carvão (ou rotação no caso de válvulas rotativas).
A figura 2 apresenta um corte da seção reta do trocador de calor mostrando possíveis formas construtivas com diferentes números de tubos aquecedores. A distribuição dos tubos é a distribuição triangular de modo que há melhor aproveitamento do espaço interno do reator. É mostrado um conjunto 38 de cinco possíveis tamanhos de reator: o primeiro 39 com 7 tubos, o segundo 40 com 19 tubos, o terceiro 41 com 55 tubos, o quarto 42 com 121 tubos e o quinto 43 com 21 1 tubos. A medida que o número de tubos é aumentado, também é aumentado o comprimento dos mesmos e consequentemente a altura total do equipamento 1 .
A figura 3 mostra uma planta típica 44 empregando o equipamento 1 trocador de calor vibrante na qual a alimentação da matéria-prima é efetuada através de elevadores de canecas 45. Para esta operação também poderiam ser utilizadas esteiras de correia ou transportadores helicoidais. Para o transporte do carvão descarregado é conveniente a utilização de transportadores helicoidais encamisados refrigerados com água que promove o resfriamento do carvão produzido. A figura 3 mostra ainda a fornalha geradora de gás quente 46 que aquece o reator. Nesta fornalha, além do combustível suplementar (GLP, lenha, resíduos de biomassas, o próprio carvão e óleo gerados no processo, etc), também são queimados os gases não condensáveis gerados no processo pirolítico.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO
É objetivo da presente invenção um equipamento 1 para processamento de lodos e outros resíduos orgânicos ricos em lipídeos e proteínas através da Conversão de Baixa Temperatura - CBT -. O processo CBT é um processo de pirólise de baixa temperatura (380 a 450°C) auto catalisado pelos elementos inorgânicos contidos na própria matéria-prima.
Outro objetivo da presente invenção é alcançar uma máquina que trabalhe em regime de funcionamento contínuo para facilitar a operacionalização do equipamento 1 , inclusive através de alto grau de automação, possibilitando assim, alcançar altas capacidades de processamento e facilidade operacional.
Além disso, desenvolver um equipamento 1 com um único bocal de alimentação de matéria-prima 4 de forma a facilitar o emprego de equipamentos de transporte de sólidos convencionais como esteiras de correia, transportadores helicoidais ou elevadores de canecas 45 para desempenhar esta função.
Outro aspecto essencial da presente invenção é a distribuição uniforme da matéria-prima por todos os tubos aquecedores 7 de modo a alcançar homogeneidade dos produtos (carvão e óleo) uma vez que todos os tubos aquecedores irão operar praticamente com o mesmo tempo de residência. Para cumprir esta função o equipamento 1 é provido de um cone superior de distribuição de matéria-prima 5 e é provido do movimento vibracional.
Outro objetivo da presente invenção é desenvolver um equipamento 1 com um único bocal de descarga de carvão 15 de forma a facilitar o emprego de equipamentos de transporte de sólidos convencionais como transportadores helicoidais, sendo inclusive, utilizado transportadores helicoidais encamisado refrigerados com água para permitir o resfriamento do carvão a medida que o mesmo é descarregado evitando o problema de ignição do material.
Além disso, outro objetivo da presente invenção é desenvolver um equipamento 1 com movimentação vibracional de modo a facilitar a descarga de carvão evitando a formação pontes e túneis no funil inferior coletor de carvão 33.
Provê também o equipamento 1 com válvulas tipo eclusa 2 e 17 ou tipo rotativa tanto para alimentação de matéria- prima quanto para descarga de carvão. Estas válvulas permitem o transporte de sólido mantendo o equipamento 1 fechado evitando a entrada de ar atmosférico e garantindo a hermeticidade do reator l que éponto fundamental do processo de pirólise.
Outro objetivo da presente invenção é desenvolver um equipamento 1 consistindo num trocador de calor tipo casco tubo no qual o matéria-prima a ser processada é passada por dentro dos tubos aquecedores 7 e o gás de aquecimento é passado por fora do tubos.
O equipamento 1 apresenta ainda dois bocais 8 e 1 1 posicionados no costado do dito equipamento 1 . O bocal inferior 1 1 serve de entrada de gás de aquecimento e o superior 8 para de saída de gás quente. Desta forma é favorecido o movimento convectivo do gás quente.
Provê o corpo do equipamento 1 com chicanas 9 defletoras do gás quente de modo a prover um movimento tipo "serpente" para o gás aquecido: o gás é inserido no bocal inferior 1 1 e depara-se com uma chapa defletora que direciona o gás para preencher o anel gerado nas vizinhanças do costado. Uma primeira chicana defletora 9, com abertura central, direciona o gás para o centro do equipamento 1 à medida que o gás se movimenta para cima. Uma segunda chicana 9, instalada mais acima, com aberturas nas bordas, direciona o gás quente para a região próxima ao costado à medida que o gás se movimenta para cima. Uma terceira chicana defletora 9, instalada mais acima, com abertura central, direciona novamente o gás para o centro do equipamento 1 à medida que o gás se movimenta para cima. O gás atinge então o setor entre a terceira chicana 9 e o espelho superior 18 e dirige-se ao anel gerado nas vizinhanças do costado e, finalmente, ao bocal de saída 8 posicionado no costado 10. Estas chicanas 9 evitam o movimento do gás quente em fluxo laminar paralelo aos tubos aquecedores 7, aumentam o tempo de residência do gás quente e melhoram a troca térmica.
Outro aspecto importante deste pedido de patente é promover a movimentação da matéria-prima em contra corrente ao fluxo de gás quente, ou seja, a matéria-prima move-se de cima para baixo por dentro dos tubos aquecedores 7 e o gás de aquecimento move-se de baixo para cima, por fora dos tubos aquecedores 7.
Além disso, visa a presente, prover o equipamento 1 de um funil superior 6 que serve de coifa coletora dos gases e vapores gerados no processo pirolítico.
Provê ainda um bocal 32 no funil inferior 33 que serve à recirculação dos gases não condensáveis e vapores gerados no processo pelo meio reacional. Esta recirculação é executada em contra corrente, ou seja, a matéria-prima move-se de cima para baixo por dentro dos tubos aquecedores 7 e o gás recirculante move-se de baixo para cima, por dentro dos tubos aquecedores 7. A recirculação de gases não condensáveis permite reduzir o tempo de permanência dos vapores gerados no processo de pirólise dentro do reator e maximizar a produção de óleo.
Provê também, o sistema de um condensador 25 dos vapores gerados no processo formando o óleo. A composição deste óleo depende do tipo de matéria-prima. A condensação é provocada pelo resfriamento dos vapores através da pulverização do próprio óleo gerado no processo que antes de ser pulverizado é bombeado pela bomba 31 , filtrado no filtro 29 e resfriado indiretamente em um trocador de calor 27 com água provinda de uma torre de resfriamento.
Outro objetivo da presente invenção é prover o sistema de uma fornalha 46 que gera o gás de combustão que destina- se ao aquecimento do equipamento 1. Esta fornalha 46 opera com um combustível suplementar (Gás Liquefeito de Petróleo - GLP, lenha, resíduos de biomassas, o próprio carvão e óleo gerados no processo, etc). Nesta fornalha 46 também são queimados os gases não condensáveis (GNC) gerados no processo pirolítico, separados dos vapores condensáveis no condensador 25.
Apesar de detalhada a invenção, é importante entender que a mesma não limita sua aplicação aos detalhes e etapas aqui descritos. A invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos. Deve ficar entendido que a terminologia aqui empregada é para a finalidade de descrição e não de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", caracterizado por ser um trocador de calor tipo casco tubo de único passe (1 ), no qual a matéria-prima a ser processada é introduzida no espaço interno dos tubos aquecedores (7) e o gás de aquecimento (gás de combustão) é passado no espaço entre os tubos aquecedores.
2. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato da transferência de calor ser efetuada deforma indireta, ou seja, sem contato direto do gás de aquecimento com o produto em processo possibilitando assim obter na região reacional uma atmosfera redutora livre do oxigénio do gás de aquecimento.
3. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE
CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de operar de forma contínua através do movimento descendente contínuo da matéria-prima sob processamento por dentro dos tubos aquecedores (7) montados verticalmente.
4. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2 e 3, caracterizado por ser um equipamento trocador de calor (1 ) com movimento vibratório que permite o processamento térmico de resíduos orgânicos.
5. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA
TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com a reivindicação 1 , 2, 3 e 4, caracterizado por ser empregado para o processamento térmico de resíduos orgânicos, denominado conversão de baixa temperatura que opera na faixa de 350°C a 450°C, preferencialmente de 380°C a 420°C, com produção de óleo e carvão.
6. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA
TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 e 5, caracterizado pelo fato de ser provido com válvulas que permitem a introdução matéria-prima pela parte superior (2) do equipamento (1 ) e retirada de carvão formado pela parte inferior do reator (17); sendo referidas válvulas do tipo eclusas ou do tipo rotativas as quais permitem a introdução e retirada de material sólido com mínima fuga de gás de processo e entrada de ar atmosférico para dentro do equipamento (1 ).
7. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 e 6, caracterizado pelo fato de que, a alimentação de matéria-prima e retirada de carvão é efetuada de forma contínua.
8. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 6 e 7, caracterizado pelo fato de a alimentação de matéria-prima e retirada de carvão ser efetuada de forma hermética através do emprego de válvulas (2) e (17) do tipo eclusa ou tipo do rotativa.
9. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE
CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de aco rd o co m as re ivi nd icações 1 , 2 , 3 , 4 e 5 ca racte rizad o pe lo fato de apresenta r u n id ad e de condensação dos vapores (25) gerados no processo pirolítico co m conseq ue nte prod ução de ó leo .
10. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5 e 9 caracterizado pelo fato de a condensação do óleo ser provocada pelo resfriamento dos vapores através da pulverização do próprio óleo gerado no processo (24), previamente resfriado num trocador de calor (27).
1 1 . "EQUIPAMENTO TROCADOR DE
CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4, 5 e 9 caracterizado pelo fato de que os gases não condensáveis que deixam a unidade de condensação (25) passam por u m ta nq ue de borb u lhame nto (22) q ue evita a e ntrada de oxigé n io atm osférico pa ra dentro do equipamento (1 ).
12. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE
CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 e ' 5 caracterizado pelo fato de permitir a recirculação dos gases não condensáveis gerados no processo pirolítico através do bocal de recirculação (32) instalado no funil inferior (33) do equipamento (1 ).
13. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 e 5 caracterizado pelo fato do costado do equipamento (1 ) ser isolado termicamente.
14. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 caracterizado pelo fato dos tubos aquecedores serem montados verticalmente dentro do costado segundo a distribuição triangular.
15. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 e 6 caracterizado pelo fato do equipamento (1 ) possuir um funil superior de alimentação de matéria-prima (6) e um funil inferior (33) de captação do carvão de todos os tubos aquecedores (7) o qual direciona-o ao bocal de descarga (15).
16. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE
CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 e 6 caracterizado pelo fato do aparelho possuir um cone superior (5) de distribuição de matéria-prima para todos os tubos aquecedores (7) e um cone inferior (14) que evita a formação de pontes e túneis no funil inferior coletor de carvão (33).
17. "EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", de acordo com as reivindicações 1 , 2, 3, 4 e 7 caracterizado pelo fato dos pés do reator (34) serem montados sobre células de carga (36) monitorando o volume de material em processamento e possibilitando automação do equipamento (1 ).
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