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.