BR102019010046A2 - Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de resíduos sólidos urbanos aglomerados - Google Patents

Abstract

processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de resíduos sólidos urbanos aglomerados. novo processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de resíduos sólidos urbanos aglomerados, o qual refere-se mais precisamente ao processo de reciclagem de resíduos sólidos urbanos (rsu), recuperando seus componentes através de um processo específico de pirólise e separando os materiais em um sólido de alto conteúdo de carbono e um líquido combustível resultante da degradação térmica de polímeros derivados de petróleo tais como: polipropileno- pp, polietileno- pe, poliestirenos ps, entre outros, e polímeros naturais, majoritariamente como a celulose, hemicelulose e lignina presentes em madeira, restos de comidas, papel, entre outros. onde o carvão recuperado detém valor econômico e deve ser considerado um insumo para processos de combustão em caldeiras ou para a geração de energia para o próprio processo de pirólise. já os líquidos combustíveis podem ser consumidos como fonte energética altamente eficaz em processos térmicos que usam combustíveis líquidos e gasosos, motores estacionários, entre outros; e onde o nível de refinamento necessário para atender as especificações de qualidade, é definido em função das exigências do sistema consumidor dos combustíveis líquidos. trata-se de uma invenção que junta as vantagens dos combustíveis de pirólise de derivados de petróleo com as vantagens dos líquidos combustíveis derivados de biomassa, utilizando operações sequenciais e separações fracionadas direta da fase de vapor no reator de pirólise com possibilidade de craqueamento térmico dos vapores da pirólise antes da separação centrífuga do mesmo. sistema compacto e com operação planejada obtenção de combustíveis oxigenados de diferentes pesos moleculares.

Description

PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS

[001] Trata o presente relatório da descrição detalhada acompanhada de figuras ilustrativas de um novo processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, o qual refere-se mais precisamente ao processo de reciclagem de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), recuperando seus componentes através de um processo específico de pirólise e separando os materiais em um sólido de alto conteúdo de carbono e um líquido combustível resultante da degradação térmica de polímeros derivados de petróleo tais como: Polipropileno- PP, Polietileno- PE, Poliestirenos PS, entre outros, e polímeros naturais, maioritariamente como a celulose, hemicelulose e lignina presentes em madeira, restos de comidas, papel, entre outros. Onde o carvão recuperado detém valor econômico e deve ser considerado um insumo para processos de combustão em caldeiras ou para a geração de energia para o próprio processo de pirólise. Já os líquidos combustíveis podem ser consumidos como fonte energética altamente eficaz em processos térmicos que usam combustíveis líquidos e gasosos, motores estacionários, entre outros; e onde o nível de refinamento necessário para atender as especificações de qualidade, é definido em função das exigências do sistema consumidor dos combustíveis líquidos.

CAMPO DE APLICAÇÃO.

[002] O Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, é destinado a obtenção de combustíveis alternativos sólidos e líquidos, ecologicamente corretos, até para sistemas auto-sustentáveis, produzidos por pirólise para serem utilizados como insumo para processos de combustão em caldeiras ou para a geração de energia e como fonte energética altamente eficaz em processos térmicos, motores estacionários, entre ou outros.

OBJETIVO DA INVENÇÃO.

[003] O Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, tem por objetivo principal a obtenção da fração sólida como carvão em pó ou em forma de briquetes para uso como combustível e as frações de líquidos combustíveis padronizados para aplicações em sistemas de combustão diversos como em caldeiras, motores estacionários e automotivos. Assim como, a obtenção de gases combustíveis utilizados no próprio processo de pirólise e de craqueamento térmico pós-pirólise oferecendo ao mercado pertinente um processo sustentável ambientalmente, tecnicamente e financeiramente.

PROBLEMA A SER RESOLVIDO.

[004] A pirólise de plásticos e outros resíduos orgânicos hoje se apresentam como uma alternativa para produzir combustíveis sólidos, líquidos e gasosos além de insumos químicos, que dependendo da sua origem, podem ser renováveis.

[005] A reciclagem de plásticos no Brasil é uma atividade realizada por cooperativas, que recuperam esses materiais por meio de processos mecânicos (separação, moagem, lavagem, secagem, granulação, entre outros). Os materiais reciclados são reprocessados e convertidos em novos produtos plásticos, usados na fabricação de artefatos variados.

[006] Na medida em que o número de ciclos de reprocessamento aumenta, o plástico perde valor agregado em decorrência de mudanças em algumas propriedades físicas, mecânicas e químicas. Nesse ponto, a alternativa do aterro aparece como a opção mais utilizada. O valor do plástico na reciclagem física é de aproximadamente 3 R$/Kg, valor esse que inviabiliza seu uso em processos de transformação química para aplicação combustível.

[007] Segundo pesquisa da Revista Science (2017) estima-se que já foram produzidos 8,3 bilhões de toneladas de plástico no mundo (desde 1950), sendo que o índice de reciclagem ainda é baixo: 9% foram reciclados, 12% incinerados e 79% acabaram acumulados em aterros sanitários, lixões ou despejados no meio ambiente. Os resíduos plásticos são um dos grandes problemas por serem classificados como um dos materiais mais poluentes e com menor taxa de degradação no meio ambiente.

[008] No Brasil pesquisas apontam que a indústria brasileira de reciclagem mecânica de plásticos (IRmP) recicla 20 % do total dos plásticos pós-consumo no país. Em 2012, foram reciclados aproximadamente 684 mil toneladas do total de 3,26 milhões de toneladas de plástico pós-consumo gerados. Segundo estes dados cerca de 80 % dos plásticos ainda se encontram na matriz de Resíduo Sólido Urbanos (RSU).

[009] A logística de geração, transporte e aterro do RSU envolve gastos de energia, geração de poluentes ambientais e riscos para a saúde, associado à rápida fermentação dos resíduos alimentares, fundamentalmente.

[010] Sabe-se que a quantidade de plásticos reciclados que são enviados aos aterros ainda é pequena quando comparado com aqueles que são diretamente despejados no lixão, ou seja, a maior porcentagem destes plásticos se encontra no RSU.

[011] De acordo com a ABNT (2004) em sua norma NBR-10.004/2004, resíduos sólidos são: “resíduos nos estados sólidos e semi-sólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamentos de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível”. O RSU é um resíduo sólido considerado dentro desta definição.

[012] Segundo o Relatório da Associação Brasileira de Empresas de limpeza pública e resíduos especiais (Abrelpe) existem no Brasil por volta de 3 mil lixões e/ou aterros. A contaminação da água, do solo, poluição do ar e das populações que vivem em seu entorno são os impactos causados por eles.

[013] Existe uma diferença marcada entre regiões no Brasil, especialmente para a biomassa e plásticos, situação essa que depende do podes aquisitivo da população. Tomando como base essas informações, se pode verificar que os plásticos correspondem a uma fração entre 15 % e 20 % do RSU.

[014] Os materiais que compõe o RSU podem ser classificados segundo a natureza química em: Compostos químicos polares (oxigenados - orgânico vegetal, papel, tecido, etc.); e Compostos químicos apolares (derivados de fonte fósseis plásticos, pneus, etc.).

[015] Assim, o Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, torna-se uma solução tecnológica econômica e socialmente sustentável para a pirólise dos plásticos e restos de compostos orgânicos presentes nos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU).

ESTADO DA TÉCNICA.

[016] Existem alguns documentos de patente que descrevem processo, métodos e meios específicos de obtenção de combustíveis sólidos e líquidos alternativos, porém nenhum desses documentos antecipa a obtenção desses combustíveis através de processo por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados (RSU) com separação das frações para tipo de combustível desejado. Dentre esses documentos podem-se destacar os seguintes:

[017] O documento de patente CA2870281 (US20130727310, PROCESS FOR THE CONVERSION OF RENEWABLE OILS TO LIQUID TRANSPORTATION FUELS, onde a presente invenção refere-se à produção de combustíveis ou misturas de combustíveis a partir de fontes renováveis. Várias formas de realização fornecem um método para produzir um produto hidrocarboneto por hidrotratamento de uma matéria-prima incluindo pelo menos um triacilglicerídeo (TAG) renovável, ácido graxo livre renovável (FFA) e éster alquílico C1-C5 de ácido graxo renovável (C1-C5 FAE) em a presença de um catalisador de hidrotratamento não-sulfureto para produzir um primeiro produto incluindo hidrocarbonetos. Em alguns exemplos, o primeiro produto pode ser submetido a outras transformações químicas tais como aromatização, fissuração ou isomerização para produzir um segundo produto incluindo hidrocarbonetos. Em várias formas de realização, o primeiro ou segundo produto hidrocarboneto com processamento mínimo ou substancialmente sem processamento adicional pode ser adequado como um combustível para transporte de líquidos ou mistura de combustível, incluindo combustíveis tais como gasolina, nafta, querosene, combustível de aviação e combustível diesel;

[018] O documento de patente MX351040 (US2013338412), HYDROPYROLYSIS OF BIOMASS FOR PRODUCING HIGH QUALITY LIQUID FUELS, trata-se de um Processo auto-sustentável para produzir combustíveis líquidos de alta qualidade a partir de biomassa na qual a biomassa é hidropirrolizada em um reator contendo hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação, produzindo um líquido de hidropirólise parcialmente desoxigenado, que é hidrogenado usando um catalisador de hidroconversão, produzindo substancialmente hidrocarboneto líquido desoxigenado e uma mistura gasosa compreendendo CO e gases hidrocarbonetos leves (C1 - C3). A mistura gasosa é reformada em um reformador de vapor, produzindo hidrogênio molecular reformado, que é então introduzido no vaso do reator para hidropiralizar a biomassa. O produto líquido de hidrocarboneto desoxigenado é ainda separado para produzir combustível diesel, gasolina ou componentes de mistura para gasolina e óleo diesel;

[019] O documento de patente US5114541, PROCESS FOR PRODUCING SOLID, LIQUID AND GASEOUS FUELS FROM ORGANIC STARTING MATERIAL, que descreve um Processo para produzir combustíveis sólidos, líquidos e gasosos, compreendendo o uso de um material de partida orgânico selecionado de uma biomassa de origem microbiana, vegetal ou animal e sedimentos ou lixo contendo material orgânico, aquecendo o referido material orgânico sob a exclusão de ar lentamente uma temperatura de conversão de 200 a 600 ° C, conduzindo os gases e vapores a escaparem durante o aquecimento através de separadores de gás e líquido adequados, mantendo a temperatura de conversão até cessar substancialmente o desenvolvimento de gases e vapores e isolando os resíduos sólidos de conversão e os gases e líquidos separados;

[020] O documento de patente US2019002664, PROCESS FOR PRODUCING WAXES AND LIQUID FUELS FROM WASTE PLASTIC, onde a presente invenção refere-se a um processo para a produção de ceras e combustíveis líquidos a partir de resíduos de plástico;

[021] O documento de patente WO0220699, PROCESS FOR THE PRODUCTION OF LIQUID FUELS FROM BIOMASS, que trata de um Processo para produzir continuamente uma biomassa de polpa, compreendendo submeter uma alimentação contendo biomassa a um tratamento que compreende levar a alimentação a uma pressão de 100-250 bar, mantendo a alimentação pressurizada subsequentemente ou concomitantemente a uma temperatura não superior a 280 ° C durante um período de até 60 minutos, obtendo assim uma pasta e opcionalmente submetendo a polpa a um passo de reação em que a polpa é aquecida durante um período de até 60 minutos a uma temperatura superior a 280 ° C resultando na produção contínua de um produto hidrocarboneto com uma densidade de energia aumentada da biomassa;

[022] O documento de patente WO2009091783, METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING ALTERNATIVE LIQUID FUELS OR CHEMICALS, que descreve um método e sistema para a produção de produtos químicos valiosos ou combustíveis líquidos alternativos através de um processo integrado de conversão e atualização de biomassa. O processo integra três processos subcomponentes, capturando os atributos desejáveis de cada um: oxidação parcial zoneada, produção de álcool e reforma de gás para líquidos. O método e o sistema podem incluir intermediários reativos de gaseificação - por exemplo, syngas de oxidação parcial zoneada, com intermediários de bioprocessamento, por exemplo, etanol aquoso da produção de álcool em uma separação reativa para produzir um produto (s) de alcoóis superiores, hidrocarbonetos líquidos ou uma combinação destes. O (s) produto (s) pode (m) ser dividido (s) em duas (ou mais) frações de ponto de ebulição pela mesma operação unitária de separações reativas. A unidade de separações reativas permite simultaneamente o aumento do peso molecular e da densidade, redução do conteúdo de oxigênio, integração eficiente de energia de processo, separação de água opcional para possível reutilização e incorporação de hidrocarbonetos adicionais ou hidrocarbonetos oxigenados como co-feed (s). A utilização e seleção de co-feed (s) específico (s) para este fim permite a adaptação da composição do produto pretendido. O (s) produto (s) resultante (s) que são valiosos para uma variedade de aplicações, incluindo potencialmente como combustíveis de transporte líquidos alternativos (não baseados em fóssil).

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS.

[023] A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê:

[024] A Figura 1 mostra o Diagrama de Distribuição dos plásticos pós-consumo para uso em processos de pirólise, representando a proposta para aproveitamento dos plásticos no RSU pelo processo de pirólise.

[025] A Figura 2 mostra o Mecanismo de formação do combustível oxigenado de alto poder calorífico.

[026] A Figura 3 mostra a Distribuição da matéria orgânica vegetal e fóssil no RSU.

[027] A Figura 4 Diagrama de fluxo de processo de pirólise para obtenção de combustíveis oxigenados de alto poder calorífico (leve e pesado) a partir de RSU aglomerado.

DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO.

[028] O Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, trata-se da produção de combustíveis polares e apolares ocorrida mediante a separação fracionada desde a fase vapor formada logo após o processo de pirólise do RSU realizada através do fracionamento direto, onde o produto combustível resultante é uma mistura química dos combustíveis polares e apolares, onde os combustíveis líquidos polares são insolúveis ou pouco solúveis em combustíveis líquidos apolares ou derivados de petróleo.

[029] A obtenção dos combustíveis se baseia na verificação de reações secundárias de associação entre os componentes líquidos e gasosos resultantes da pirólise do RSU de onde são retiradas as frações de líquidos combustíveis padronizados para aplicações em sistemas de combustão diversos.

[030] A pirólise dos materiais (polares e apoiares) componentes do RSU acontece em um mesmo reator e na mesma temperatura. Os vapores e gases formados podem ser separados por grupos de componentes polares e apoiares diretamente desde a fase vapor na saída do reator ou obtidos em conjunto de forma integral. O mecanismo de separação da fração aquosa oxigenada é determinado pela temperatura de condensação no trocador de calor. O mecanismo dominante de separação dos líquidos combustíveis apolares também é determinado pela temperatura de condensação, que coincide com a temperatura na qual foram formados desde a fase sólida (RSU).

[031] A existência de fenômenos de degradação térmica do polímero em estado sólido gera vapores que costumam apresentar características físico-químicas diferenciada.

[032] A degradação térmica da estrutura das moléculas dos sólidos polares (biomassa) gera vapores em forma de gotículas de minúsculos tamanhos denominados “névoas”. A difícil separação das mesmas, ainda em estado líquido, se dá pela combinação dos fenômenos de coalescência, impacto e mudança de direção.

[033] As reações secundárias entre componentes polares e apolares em fase de vapor à temperatura de pirólise no reator podem resultar em componentes mistos que denominaremos combustíveis oxigenados. A reação química entre os componentes da pirólise é favorecida pelo pre-tratamento do RSU. A biomassa ao ser aquecida e ao estar envolvida por uma camada de plástico impermeável favorece a explosão do aglomerado favorecendo reações de pirólise dos sólidos e reações secundaria dos vapores após pirólise.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO DA INVENÇÃO.

[034] O Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, consiste na obtenção de combustíveis polares e apolares realizada através do fracionamento direto desde a fase vapor do processo de pirólise do RSU realizada pela separação fracionada das reações secundárias de associação entre os componentes líquidos e gasosos resultante da pirólise do RSU. Onde o processo de pirolise é realizado em um único reator e constando das seguintes fases:

[035] - a) inicialmente o leito de areia do reator é aquecido e com temperatura média de 500 °C;

[036] - b) em seguida o RSU seco e aglomerado é armazenado no silo é alimentada ao reator de pirólise mediante a rosca de alimentação, com a vazão controlada com um variador de frequência;

[037] - c) O RSU aglomerado e o ar são introduzidos no reator de forma conjunta e com uma relação mássica RSU/ar previamente calculada na fração de aproximadamente 1 kg de RSU/Kg de ar, de forma que a quantidade de ar garanta a fluidização do leito de areia e a geração de calor suficiente para manter temperatura no leito entre 460 - 480 °C, utilizando-se um ventilador centrífugo (29) com o tempo médio de residência previsto para os gases e vapores no reator em torno de 2 segundos;

[038] - d) em seguida o RSU triturado e aglomerado por ter pequeno tamanho perde grande parte dos voláteis de maneira quase que instantânea se convertendo em carvão, onde os voláteis contribuem para a elutriação das partículas sólidas do combustível obtido, ou carvão do reator;

[039] - e) em seguida a mistura heterogênea carvão-vapores-gases a 480°C entra no ciclone onde o carvão é separado dos vapores e gases, nesta fase um trocador de calor separa componentes condensáveis com maior afinidade pela água de formação enquanto os vapores combustível em forma de névoas e os gases são centrifugados por uma centrifuga;

[040] - f) em seguida a fração combustível produto das reações secundárias entre os componentes polares da biomassa e produtos apolares dos plásticos e derivados de petróleo, é separada dos gases e armazenada em tanques;

[041] - g) em seguida os gases não condensáveis são queimados em câmara de combustão para seu uso na secagem do RSU e na fluidização do leito do reator de pirólise.

[042] Em função da viscosidade desejada do novo combustível assim será o tempo de residência dos vapores no reator e a distribuição de temperatura praticada. Isso para garantir obtenção de moléculas de combustíveis de menor peso molecular mediante o craqueamento térmico a alta temperatura e tempo de residência. Esse processo constitui uma etapa posterior à etapa de pirólise e acontece na câmara de combustão em reator tubular a 900 °C. A temperatura dos vapores na saída do ciclone é de aproximadamente 400oC com tempo de residência no reator de 2 a 4 segundos. No segundo estagio os vapores são submetidos a temperaturas de até 900 °C e tempos de residências de 4 a 6 segundos para garantir craqueamento das moléculas que conformam os vapores da pirólise.

VANTAGENS.

[043] A diferença nos produtos da pirólise de compostos polares e apolares é tal que os componentes polares são majoritariamente renováveis, exceto alguns compostos oxigenados de origem fósseis. Na presença de oxigênio na estrutura química dos compostos polares se promovem as reações de formação de água, durante termo-conversão. O Poder Calorífico Inferior (PCI) dos produtos da pirólise é menor a aqueles obtidos de materiais apolares, devido à presença de altos teores de oxigênio na composição elementar de aproximadamente 40 %. Assim, a eficiência de combustão dos combustíveis líquidos dos compostos polares é maior devido ao oxigênio ligado a estrutura, gerando um volume de gases menor aos derivados de petróleo (apolares). A quantidade de energia primária por unidade de volume também é menor nos derivados de materiais polares em relação aos derivados de petróleo. Os combustíveis derivados de petróleo que são materiais apolares apresentam afinidade química com combustíveis da mesma natureza usados atualmente na matriz energética.

[044] O rendimento de produção dos líquidos combustíveis na pirólise, de materiais derivados de petróleo é na maioria dos casos significativamente superior ao rendimento mássico dos líquidos combustíveis renováveis (oxigenados). Dessa forma o RSU é fonte primária para a produção tanto de combustíveis renováveis como de origem fósseis. Promover reações secundárias para a junção química de ambos os produtos da pirólise resolve os problemas de baixo poder calorífico dos combustíveis obtidos por pirólise de biomassa assim como as dificuldades de misturar esses combustíveis a derivados de petróleos existentes no mercado. Por outro lado, o novo combustível ao ser oxigenados oferece as vantagem de eficiência de queima e menor poluição quando comparado com os de origem puramente fósseis.

[045] Assim, o resultado do Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, reside em um processo de reciclagem química, via pirólise dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) com a finalidade de: obter a fração sólida como carvão em pó ou em forma de briquetes para uso combustível; obter as frações de líquidos combustíveis padronizados para aplicações em sistemas de combustão diversos, das reações secundárias de associação entre os componentes líquidos e gasosos resultante da pirólise do RSU; obter gases combustíveis utilizados no próprio processo de pirólise e de craqueamento térmico pós-pirólise.

[046] Dessa forma tem-se um Processo sustentável ambientalmente, tecnicamente e financeiramente, com economia de energia quando comparado com a incineração e auto-sustentável, onde se obtêm as frações de combustíveis com qualidade padronizada para aplicações combustíveis em caldeiras, motores estacionários e automotivos.

RESULTADOS.

[047] O Processo de obtenção de combustíveis líquidos oxigenados de alto poder calorífico por pirólise de Resíduos Sólidos Urbanos aglomerados, objeto da presente invenção, consiste na obtenção de combustíveis resultante da junção química de compostos polares e apolares e a sua posterior separação pelo fracionamento direto desde a fase vapor do processo de pirólise do RSU aglomerado. Onde as características dos combustíveis e do material RSU estão a seguir apresentadas nas tabelas 1 a 6, onde algumas características de rendimento e qualidade de combustíveis obtidos da pirólise de materiais polares (oxigenados ou renováveis) e apolares (fósseis) que fazem parte da matriz de RSU (borracha, plásticos e biomassa).

[048] O maior teor de oxigênio está presente na biomassa com valores médios de 40% em massa.

[049] A seguir características dos produtos da pirólise do RSU aglomerado.

[050] Rendimento dos produtos da pirólise para 50% de misturas de plásticos e 50% de biomassa, base seca.

[051] O rendimento e PCI da fração combustível e função do teor e composição dos plásticos no RSU. Quanto maior for o teor de plástico, maior será o rendimento de produção e o PCI da fração combustível.

[052] O baixo teor de oxigênio da fração combustível, quando comparada com o teor de oxigênio dos combustíveis líquidos obtido da pirólise individual de cada componente de RSU (Tabela 1) é uma medida das reações secundárias entre os grupos oxigenados dos componentes líquidos na fase de vapor quando os mesmos s encontram misturados e aglomerados no reator de pirólise tendo como produto a formação de água. A água e compostos afins são separados no trocador por condensação e o novo combustível oxigenado produto das reações secundárias separados por centrifugação.

[053] A seguir Grupo de compostos resultantes da pirólise de plástico e biomassas a 430 °C.

[054] Assim, pelas características de configuração e funcionamento, e vantagens acima descritas, pode-se notar claramente que o PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, trata-se de um processo novo para o Estado da Técnica o qual reveste-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente Invenção.

Claims (8)

1. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, processo, caracterizado por consistir na obtenção de combustíveis mediante pirólise do RSU com reações químicas secundárias das moléculas polares e apoiares que ao se juntarem quimicamente tem como resultado um novo combustível oxigenado, parcialmente renovável, de ato poder calorífico e solúvel em compostos apolares; onde a separação é obtida através do fracionamento direto desde a fase vapor do processo de pirólise do RSU realizada pela separação fracionada das reações secundárias de associação entre os componentes líquidos e gasosos resultante da pirólise do RSU; onde o processo de pirólise é realizado em um único reator e constando das seguintes fases:

   • - a) inicialmente o leito de areia do reator é aquecido e com temperatura média de 500 °C;
   • - b) em seguida o RSU seco e aglomerado é armazenado no silo é alimentada ao reator de pirólise mediante a rosca de alimentação, com a vazão controlada com um variador de frequência;
   • - c) o RSU aglomerado e o ar são introduzidos no reator de forma conjunta e com uma relação RSU/ar previamente calculada na faixa de 1 kg de RSU seco/ kg de ar, de forma que a quantidade de ar garanta a fluidização do leito de areia e a geração de calor suficiente para manter temperatura no leito entre 460 - 480 °C, utilizando-se um ventilador centrífugo com o tempo médio de residência previsto para os gases e vapores no reator em torno de 2 segundos;
   • - d) em seguida o RSU por ter pequeno tamanho perde grande parte dos voláteis de maneira quase que instantânea se convertendo em carvão, onde os voláteis contribuem para a elutriação das partículas sólidas do combustível obtido, ou carvão do reator;
   • - e) em seguida a mistura heterogênea carvão-vapores-gases a 480°C entra no ciclone onde o carvão é separado dos vapores e gases, nesta fase um trocador de calor separa componentes condensáveis com maior afinidade pela água de formação das reações de pirólise e reações secundárias enquanto os vapores combustível resultante das reações secundárias entre componentes polares e apoiares e os gases são centrifugados por uma centrifuga;
   • - f) em seguida a fração combustível oxigenada é separada dos gases e armazenada em tanques;
   • - g) em seguida os gases são queimados em câmara de combustão para seu uso na secagem da biomassa e na fluidização do leito do reator.
   • - h) por último os vapores e gases resultantes após separação do carvão podem ser colocados em um reator tubular por 4 segundos e temperatura de 990oC para promover craqueamento térmico e obter combustíveis de menor peso molecular em função da aplicação, onde a separação fracionada acontece também após craqueamento térmico.
2. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado por obter os combustíveis gasosos de PP, PE e OS, CH4;C2H6; C3H8; C4; C5; C3H6; C4H10; C2H4, ;líquidos de PE Alcanos, Alcenos e Aromáticos, de PP Alcanos, Alcenos e Aromáticos, de OS Alcanos, Alcenos e Aromáticos e Fração combustível de biomassa de FCB Metoxi-Fenol, ácidos carboxílicos de cadeias até 8 átomos de carbono.
3. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado por trata-se da produção de combustíveis polares e apolares ocorrida mediante a separação fracionada desde a fase vapor formada logo após o processo de pirólise do RSU realizada através do fracionamento direto, onde o produto combustível resultante é uma mistura química dos combustíveis polares e apolares, onde os combustíveis líquidos polares são insolúveis ou pouco solúveis em combustíveis líquidos apolares ou derivados de petróleo, onde a associação de ambas moléculas garantem miscibilidade do novo combustível com alguns compostos polares e apolares.
4. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado pela obtenção dos combustíveis ser baseada na verificação de reações secundárias de associação entre os componentes líquidos e gasosos resultante da pirólise do RSU de onde são retiradas as frações de líquidos combustíveis padronizados para aplicações em sistemas de combustão diversos.
5. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado pela pirólise dos materiais (polares e apolares) componentes do RSU acontecer em um mesmo reator e na mesma temperatura, onde os vapores e gases formados podem ser separados por grupos de componentes polares e apolares diretamente desde a fase vapor na saída do reator ou obtidos em conjunto de forma integral.
6. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado pelo mecanismo de separação da fração aquosa oxigenada ser determinado pela temperatura de condensação no trocador de calor e afinidade química com a água; onde essa fração aquosa não combustível constitui uma forma de retirada de oxigênio de meio reagente permitindo que o combustível oxigenado tenha maior poder calorífico e afinidade química com componentes apolares.
7. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado pelo mecanismo dominante de separação dos líquidos não combustíveis com marcado caráter polar ser determinado pela temperatura de condensação da água de formação.
8. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS OXIGENADOS DE ALTO PODER CALORÍFICO POR PIRÓLISE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS AGLOMERADOS, de acordo com a reivindicação 1, processo, caracterizado pela reação química entre os componentes da pirólise ser favorecida pelo pre-tratamento do RSU aglomerado, onde a biomassa ao ser aquecida e ao estar envolvida por uma camada de plástico impermeável favorece a explosão do aglomerado favorecendo reações de pirólise dos sólidos e reações secundaria dos vapores após a pirólise.

Images